半主动动力吸振镗杆的非线性动力学与控制

内藏式动力吸振镗杆一般不能根据外部输入和系统响应的变化实时调节，因此适用范围有限，仅在某些特定工况时其减振效果才明显。而磁流变液材料是一种可控流体，可实现刚度和阻尼特性参数的无级变化，响应时间仅为毫秒级。为此本项目提出了用磁流变液材料来代替内藏式动力吸振镗杆中的阻尼液，将被动式动力吸振变为半主动式动力吸振，以达到在镗削过程中在线调控系统动特性实现抑制颤振的目的。这将是镗削过程中颤振在线控制技术发展上的一个新突破。本项目拟运用非线性动力学和现代控制等理论与方法，探讨建立半主动动力吸振镗杆系统非线性动力学模型的方法，探讨其近似解析解的表达形式，揭示系统中的关键参数如质量、阻尼、刚度等对减振效果的影响；分析其中的复杂非线性动力学现象如分岔、混沌等与系统发生切削颤振的关系；进而对抑制切削颤振的半主动控制策略进行研究；最后构建实验系统，通过实验验证所得结果。

在国家自然科学基金支持下，本课题针对传统内藏式动力吸振镗杆的不足及可控磁流变液的特点，提出了一种新型的基于智能磁流变液的半主动动力吸振镗杆，该系统是一个典型的刚-柔-液耦合系统，刚-柔-液耦合系统动力学建模和分析、复杂结构的振动与控制一直是学术研究的重点和热点问题之一。通过对该复杂非线性动力系统进行动力学建模、理论分析、控制系统设计、电路模拟与数值仿真，完成了资助项目计划书拟研究的全部内容。（1）设计了两种不同结构型式的基于智能磁流变液的内藏式半主动动力吸振镗杆，对系统结构参数进行了优化，运用有限元技术对磁路系统进行了磁饱和分析并对设计的智能半主动动力吸振镗杆进行了模态分析；（2）采用不同的建模方法对基于智能磁流变液的内藏式半主动动力吸振镗杆系统进行建模，给出了系统周期解的解析表达式，分析了系统动力学行为，完成了数值和电路模拟仿真验证；（3）研究了时滞对系统动力学性能的影响规律，给出了系统的电路模拟方案，进行了电路模拟仿真分析，设计了典型环节系统模拟电路；（4）针对切削系统颤振出现的特点，给出了基于智能磁流变液的半主动动力吸振镗杆的半自动控制策略。该课题的研究成果在切削颤振控制领域具有理论指导意义和工程应用价值。