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Theses Year : 2009

Characterization and causal modelling of a magnetorheological fluid brake for control purpose

Caractérisation et modélisation causale d'un frein à liquide magnétorhéologique en vue de sa commande

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Abstract

Magnetorheological fluids are suspensions of micrometric magnetic particles in nonmagnetic fluids. When such a fluid is exposed to a magnetic field, the particles agregate into "chains" which increase the flow resistance highly. In this dissertation, we present the design of a discoid magnetorheological fluid brake and its characterization in two operating cases. In the first one, the brake axis rotates under constant input current, its speed being slowly and repeatedly varied following a triangle shape. The input current is changed during the rest intervals between two triangles. We could observe that the torque must typically increase until a threshold to allow the axis rotation to initiate, then it "falls" and increases again when speed increases. We also noticed that the torque thresholds measured in the first triangles of speed after changing the current differ from the thresholds measured in the following triangles, which repeat. A modelling of the brake, only valid for the maximum permissible current of the brake and in the case that at least one triangle of speed has been performed, was presented. This modelling, which was built up using the Causal Ordering Graph (C.O.G.) formalism, could match the evolution of torque when the rotation of the axis initiates in the first triangle of speed, but not in the following triangles. In the second operating case, the brake axis rotates at constant speed under slowly varying input current. Different plots of the hysteresis of torque versus current were obtained. These plots could be modelled precisely using a 2D Finite-Elements analysis of the brake and a hysteretic behaviour law for steel.
Les liquides magnétorhéologiques sont des suspensions de particules magnétiques micrométriques dans des liquides amagnétiques. Lorsqu'un tel liquide est exposé à un champ magnétique, les particules s'agrègent sous la forme de "chaînes" qui augmentent de façon importante la résistance à l'écoulement. Dans ce mémoire de thèse, on présente la conception d'un frein discoïde à liquide magnétorhéologique et sa caractérisation dans deux cas de fonctionnement. Dans le premier, l'axe décrit des triangles de vitesse lentement variables à courant constant, ce dernier étant varié à l'arrêt entre deux triangles. On a pu observer que le couple doit typiquement croître jusqu'à un seuil pour que la rotation s'amorce, puis qu'il "chute" avant de croître de nouveau tandis que la vitesse augmente. On a également remarqué que les seuils de couple mesurés aux premiers triangles après les variations du courant sont différents de ceux mesurés aux triangles suivants, qui se repètent. Une modélisation du frein a été proposée, valable uniquement pour le courant maximum admissible et dans le cas où l'axe a déjà décrit au moins un triangle de vitesse. Cette modélisation, élaborée en utilisant le formalisme Graphe Informationnel Causal (G.I.C.), permet de rendre compte de l'évolution du couple à l'amorçage de la rotation pour le premier triangle de vitesse, mais pas pour les suivants. Dans le second cas de fonctionnement, le frein est alimenté en courant lentement variable à vitesse constante. Différents relevés de l'hystérésis du couple en fonction du courant ont été obtenus. On a pu rendre compte précisément de ces derniers sur la base d'un modèle Eléments Finis 2D du frein et d'un modèle de comportement hystérétique pour l'acier.
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Dates and versions

pastel-00005484 , version 1 (27-11-2009)

Identifiers

  • HAL Id : pastel-00005484 , version 1

Cite

Richard Demersseman. Caractérisation et modélisation causale d'un frein à liquide magnétorhéologique en vue de sa commande. Sciences de l'ingénieur [physics]. Arts et Métiers ParisTech, 2009. Français. ⟨NNT : 2009ENAM0021⟩. ⟨pastel-00005484⟩
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