Sabit Sıcaklık ve Akım Altında Magneto-Reolojik Damperin Tasarım Optimizasyonu

Abstract

Magneto-Reolojik (MR) damperler, değişken sönümleme özelliği, mekanik basitlik, düşük güç tüketimi ve hızlı tepki nedeniyle araştırmacıların ilgisini çekmektedir. MR damperler, minimum güç gereksinimi olan bir manyetik alanla etkili bir şekilde kontrol edilebilirler. Bu çalışmada, Taguchi deneysel tasarım yaklaşımı kullanılarak bir MR damperin tasarım optimizasyonu yapılmıştır. Dar geçiş kanalı genişliği, aktif uzunluk, dar geçiş kanalı uzunluğu ve piston göbeği yarıçapı, tasarım parametreleri olarak belirtilmiştir. Taguchi yöntemi ile belirlenmiş farklı tasarım parametrelerinde dokuz damper konfigürasyonu imal edildi ve test edildi. Tüm testler, aynı sıcaklık ve akım koşulları altında aynı şekilde gerçekleştirildi. Yüksek sıcaklığın damperin performansı üzerinde olumsuz etkileri olduğu biliniyor olduğundan, manyetik alan altındaki dar geçiş kanalında sıcaklık değerini okumak için sönümleyicinin piston kafasına bir termokupl sabitlenmiştir. Farklı akımlar altında yapılan testler optimal tasarım parametrelerinin elde edilmesini zorlaştırdığından, sabit akım değerleri ile testler gerçekleştirilmiştir. Test sonuçları, Taguchi yöntemi ile ayrı ayrı maksimum dinamik aralık ve sönüm kuvveti sağlayacak şekilde değerlendirilmiştir. Analiz, her bir tasarım parametresinin, sıcaklık etkilerinden ve akımdan bağımsız olarak damper performansı üzerindeki etkilerini ortaya koymuştur. Analiz sonuçları, dar geçiş kanalının istenen maksimum kuvvet için performans üzerinde en fazla etkiye sahip olduğunu ve bu aktif uzunluğunun istenen maksimum dinamik aralık için en yüksek etkiyi gösterdiğini göstermiştir. Böylece, Taguchi yöntemi ile geometrik boyut haricindeki diğer etkilerden bağımsız olarak elde edilen optimal bir damper konfigürasyonun doğrulanması için de testler yapılmıştır. Damperin, doğrulama testinde beklenen sönüm kuvveti ve dinamik aralığı sağladığı tespit edilmiştir.

Keywords

• Magneto-Reolojik Damper
• MR damper
• Deneysel Tasarım
• Optimizasyon
• Taguchi Methodu

Design Optimization of Magneto-Rheological Damper under Constant Temperature and Current Conditions

Abstract

Magnetorheological (MR) dampers can be effectively controlled by a magnetic field with minimum power requirement. In this study, a design optimization of an MR damper design was made using the Taguchi experimental design approach. The width of gap of piston head, the active length, length of gap of piston head and the piston radius are specified as design parameters. Nine damper configurations were fabricated and tested at different design parameters determined by the Taguchi method. All tests were performed identically under the same temperature and current conditions. Since tests made under different currents made it difficult to obtain optimal design parameters, tests with constant current values were performed. The test results were evaluated to provide maximum dynamic range and damping force separately by the Taguchi method. The analysis revealed the effect of each design parameter on the damper performance, regardless of temperature effects and currents. The results of the analysis show that the gap has the greatest effect on performance for the desired maximum force and this active length has the highest effect for the desired maximum dynamic range. It can be seen of the results that the largest damper force that can be obtained is 1688 N and the dynamic range value of this damper is 3.14. However, when it is desired to obtain the largest dynamic range with the greatest damper force, 985.55 N and 5.1 values are found. 

Keywords

• Magnetorheological damper
• Experimental design
• Optimization
• Taguchi approach

References

1. [1] Hitchcock, G.H., “A Novel Magneto-rheological Fluid Damper,” Master thesis, Mechanical Engineering Department, University of Nevada, Reno. 2002.
2. [2] Zhang, H. H., Liao, C. R., Chen, W. M., Huang, S. L., “A magnetic design method of MR fluid dampers and FEM analysis on magnetic saturation,” Journal of intelligent material systems and structures. 2006; 17(8-9):813-818.
3. [3] Zhu, C., “A disk-type magneto-rheological fluid damper for rotor system vibration control,” Journal of Sound and Vibration, 2004; 283(3-5): 1051-1069.
4. [4] Rosenfeld, N.C.,Wereley, N.M, “Volume-constrained optimization of magnetorheological and electrorheological valves and dampers,” Smart Material and Structures. 2004; 13: 1303–1313.
5. [5] Nguyen, Q.H., Han, Y.M., Choi, S.B., Wereley, N.M., “Geometry optimization of MR valves constrained in a specific volume using the finite element method,” Smart Materials and Structures, 2007; 16: 2242-2252.
6. [6] Nguyen, Q.N., Choi, S.B., Wereley, N.M., “Optimal design of magnetorheological valves via a finite element method considering control energy and a time constant,” Smart Materials and Structures, 2008; 17:12.
7. [7] Yang L., Fubın Duan F., Eriksson A., “Analysis of the optimal design strategy of a magneto-rheological smart structure,” Smart Materiral and Structures. 2008; 17: 8pp.
8. [8] Nguyen, Q. N., Choi, S. B., “Optimal design of MR shock absorber and application to vehicle suspension,” Smart Materials and Structures. 2009a; 18: 11.

9. [9] Nguyen Q.H., Choi S.B., “Dynamic modeling of an electrorheological damper considering the unsteady behavior of electrorheological fluid flow,” Smart Materials and Structures. 2009b; 18: 8.
10. [10] Karakoc K., Park E. J., Suleyman A., “Design considerations for an automotive magnetorheological brake,” Mechatronics. 2008; 18: 434–447.
11. [11] Ozan E., and Gurocak H., "Interactive design optimization of magnetorheological-brake actuators using the Taguchi method," Smart Materials and Structures 20.10 (2011): 105027.
12. [12] Parlak, Z., Engin T., and Şahin İ., "Optimal magnetorheological damper configuration using the Taguchi experimental design method," Journal of Mechanical Design 135.8 (2013): 081008.
13. [13] Kara F., “Taguchi optimization of surface roughness and flank wear during the turning of DIN 1.2344 tool steel,” Materials Testing: Vol. 59, No. 10, pp. 903-908. (2017).
14. [14] Karabatak, M. ve Kara, F., “AISI D2 Soğuk İş Takım Çeliğinin Sert Tornalanmasında Yüzey Pürüzlülüğünün Deneysel Optimizasyonu,” Politeknik Dergisi, sayfa: 349-355 (2016)
15. [15] Ferah, M., “Çok Yanıtlı Taguchi Tasarım Metodu ve Alüminyum Sanayinde Bir Uygulama,” Y. Lisans Tezi, Fen Bilimleri Enstitüsü, Sakarya Üniversitesi. 2003.