汽车磁流变减振器的分析与设计

论文摘要

磁流变液是可磁极化的固体微颗粒在基液中形成的悬浮液,其流变特性可由外加磁场连续控制。在不加磁场时,它表现为牛顿流体;在外加磁场作用下,磁流变液能够在1ms内快速、可逆地由流动性良好的牛顿流体转变为高粘度、低流动性的宾汉塑性固体,具有一定的抗剪屈服应力,且其屈服应力随外界磁场的增加而增加。基于磁流变液的流变特性,结合机械设计的方法,分析了磁流变液在减振器间隙中的流动情况,建立了磁流变减振器的设计理论和方法。本文的主要研究工作如下:（1）介绍了磁流变液材料的组成、磁流变液效应、磁流变液的主要性能和五种常用的磁流变液材料及其性能。（2）基于纳维-斯托克斯方程和宾汉模型,结合磁流变减振器的工作原理,研究了磁流变液在减振器中的流动,建立了流动方程,得出了阻尼力与屈服应力、阻尼通道长度、间隙之间的关系式。（3）根据阻尼力的要求,确立了减振器的基本结构参数尺寸,以此为基础进行了磁路设计,得出了活塞的长度尺寸,同时得出了激励电流分别与阻尼力和功率之间的关系。（4）利用ANSYS软件对磁流变减振器进行了磁回路仿真优化分析和流体分析,对阻尼力-间隙,阻尼力-长度进行了仿真。结果表明:磁场强度随着激励电流的增大而近似线性地增大,达到2A之后磁场强度最大值则基本稳定。（5）建立了磁流变减振器的实验方案。本文的创新之处在于:（1）基于纳维-斯托克斯方程和宾汉模型,结合磁流变减振器的工作原理,建立了磁流变液的粘塑性流动方程,揭示了磁流变液在阻尼通道中的真实流动状态。（2）通过数据分析,得出了单级通道的压差与屈服应力的关系,提供了激励电流对阻尼力的控制方法。（3）理论上得出了磁流变减振器关键尺寸,并对其磁路设计考虑了功率损失,更真实地描述了阻尼力分别与激励电流和电源功率之间的关系。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 汽车减振器的技术简介
• 1.4 研究的目的和意义
• 1.5 研究的主要内容
• 第二章 磁流变液材料及其性能
• 2.1 磁流变液的组成
• 2.1.1 磁性颗粒
• 2.1.2 基础液
• 2.1.3 添加剂
• 2.2 磁流变效应
• 2.2.1 磁流变效应的特征
• 2.2.2 磁流变效应的机理
• 2.2.3 磁流变液的链化模型
• 2.2.4 影响磁流变效应的因素
• 2.3 磁流变液的主要性能
• 2.3.1 流变力学性能
• 2.3.2 磁学特性
• 2.3.3 摩擦特性
• 2.3.4 磁流变液的稳定性
• 2.3.5 磁流变液的粘度
• 2.3.6 磁流变液的密度
• 2.3.7 温度的影响
• 2.3.8 响应时间
• 2.3.9 磁流变液的寿命
• 2.4 5 种常用的磁流变液材料及其性能
• 2.4.1 MRF-122-2ED
• 2.4.2 MRF-132DG
• 2.4.3 MRF-140CG
• 2.4.4 MRF-241ES
• 2.4.5 MRF-336AG
• 2.4.6 5 种磁流变材料的性能对比
• 2.5 本章小结
• 第三章 磁流变减振器理论分析
• 3.1 磁流变减振器技术要求和工作原理
• 3.2 基于轴对称模型的流变学方程
• 3.2.1 牛顿流体流动
• 3.2.2 宾汉流体流动
• 3.3 计算结果分析
• 3.3.1 影响阻尼力的参数分析
• 3.3.2 影响阻尼比的参数分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 汽车磁流变减振器设计
• 4.1 减振器的基本结构参数尺寸选择
• 4.2 磁路设计
• 4.2.1 磁路设计步骤
• 4.2.2 磁芯材料的特性
• 4.2.3 采用的磁性材料及其磁学性能
• 4.2.4 减振器磁路能量损失分析
• 4.2.5 减振器磁路设计计算
• 4.3 阻尼力与激励电流关系的计算理论
• 4.4 减振器零件结构参数
• 4.5 本章小结
• 第五章 磁流变减振器的仿真与实验
• 5.1 计算结果的仿真分析及优化
• 5.1.1 磁回路仿真优化分析
• 5.1.2 流体仿真分析
• 5.2 磁流变减振器实验方案的建立
• 5.2.1 磁流变减振器的特性实验总体布置
• 5.2.2 磁流变减振器的特性实验原理
• 5.2.3 磁流变减振器结构
• 5.2.4 磁流变减振器的特性实验计算
• 5.2.5 磁流变减振器减振性能实验
• 5.3 本章小结
• 5.3.1 仿真试验结果分析总结
• 5.3.2 磁流变减振器试验方案的建立
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及取得的研究成果