电流变材料及减振控制研究

论文题目: 电流变材料及减振控制研究

论文类型: 博士论文

论文专业: 车辆工程

作者: 郑玲

导师: 邓兆祥

关键词: 电流变液,二氧化钛,掺杂改性,减振器,悬架,半主动控制

文献来源: 重庆大学

发表年度: 2005

论文摘要: 近年来,智能材料及其结构系统的研究是一个非常活跃的研究领域。作为一种典型的智能材料,电流变液体在外加电场的作用下,粘度、模量和屈服应力等发生迅速变化,而当电场取消后,液体的性能又迅速恢复到常态。由于电流变液的这一特性,实现了电场与力矩之间的可控、无级和可逆传递,特别适合于在机电耦合系统中的应用,如减振器、离合器、制动器和机器人等,因而显示了广阔的应用前景。电流变器件响应迅速、能耗小、控制方便,在汽车悬架的半主动控制和结构振动控制方面显示了诱人的发展前景。但是,目前研制的电流变液普遍存在着剪切应力值小,高剪切速率下难以成链,温度稳定性差和沉淀等问题,导致电流变减振器阻尼力调节范围小,高速失效等。因此,研制高性能的电流变液体材料和开发性能优良的电流变减振器仍然是一个艰巨的工作。本文围绕高性能电流变液体材料的研制,电流变减振器及汽车悬架半主动控制方法的研究,主要进行了以下研究工作: ①针对TiO2 具有高介电常数, 而在干态却表现出很弱的电流变效应的问题,依据介电极化理论和电导模型,提出了采用铈、钇离子掺杂TiO2,制备高性能无水电流变液体材料的方法。实验发现,掺杂引起TiO2晶格畸变,晶面间距增大,缺陷密度增加,极化能力增强,电流变液体力学性能大幅增长。②采用Sol-gel 方法成功制备了铈、钇掺杂TiO2电流变粉体颗粒材料。实验表明,制备工艺参数和条件直接影响掺杂TiO2的相成分、均匀性、粒径和介电性质,从而对电流变活性产生重要的影响,严格控制工艺条件是制备高性能电流变粉体颗粒材料的关键。③利用扫描电镜、X 射线衍射、红外光谱分析等现代分析手段,对电流变粉体颗粒材料进行了物理表征。实验发现,颗粒的微观形貌呈多边形,大小基本均匀,粒径在30-50 μm 。干凝胶的热分解过程分为三个阶段:200℃以下发生吸附水分及有机溶剂的挥发;200℃～400℃出现有机物丁基等的断裂、分解和燃烧;400℃以上为无定形二氧化钛的持续晶化过程。晶化过程不存在明显的晶化温度。Ce、Y 掺杂均促进了晶化过程,但抑制二氧化钛从锐钛矿结构向金红石结构的相变程度不同,Y 的作用更强。④研究了粉体颗粒材料的介电性质如介电常数、介电损耗和电导率。实验发现:掺杂引起颗粒介电常数、介电损耗和电导率升高,介电损耗角的正切由小于0.05上升到0.565,电导率由3×10-9S/m上升到8.25×10-7S/m,低频介电常数由90.5上升到273;颗粒介电性质与掺杂量有明显的依赖关系,表明掺杂引起TiO2颗粒介电性能的改变是导致电流变液力学性能显著升高的内在原因。

论文目录:

中文摘要

英文摘要

1 引言

1.1 电流变材料的研究

1.1.1 无机电流变材料

1.1.2 有机电流变材料

1.1.3 多层包覆电流变材料

1.1.4 有机一无机复合电流变材料

1.2 电流变机理的研究

1.2.1 成纤化模型

1.2.2 双电层模型

1.2.3 介电极化模型

1.2.4 电导模型

1.2.5 介电损耗模型

1.3 电流变减振器的研究现状

1.4 半主动悬架控制理论与方法的研究

1.5 本文的主要研究工作

2 掺杂 TiO_2 电流变颗粒材料的制备与物理表征

2.1 引言

2.2 Sol-gel 方法

2.3 Ce 掺杂TiO_2 粉体的合成与物理表征

2.3.1 实验方法

2.3.2 反应机理与制备条件

2.3.3 物理表征

2.4 Y 掺杂TiO_2 粉体的合成与物理表征

2.4.1 实验方法

2.4.2 制备条件

2.4.3 物理表征

2.5 掺杂TiO_2 粉体的介电性能

2.5.1 测试原理

2.5.2 结果与讨论

2.6 本章小结

3 掺杂 TiO_2 的电流变性能

3.1 引言

3.2 实验方法

3.2.1 电流变液配制

3.2.2 电流变性能测试

3.3 Ce 掺杂TiO_2 电流变液的流变学性能

3.3.1 Ce 掺杂Ti_O2电流变液性能与电场强度的关系

3.3.2 Ce 掺杂TiO_2电流变液性能与Ce/Ti 摩尔比的关系

3.3.3 Ce 掺杂TiO_2电流变液性能与体积分数的关系

3.3.4 Ce 掺杂TiO_2电流变液剪切应力与剪切速率的关系

3.3.5 Ce 掺杂TiO_2电流变液表观粘度与剪切速率的关系

3.3.6 Ce 掺杂TiO_2电流变液的沉降性

3.4 Y 掺杂TiO_2 电流变液的流变学性能

3.4.1 Y 掺杂TiO_2电流变液性能与电场强度的关系

3.4.2 Y 掺杂TiO_2电流变液性能与Y/Ti 摩尔比的关系

3.4.3 Y 掺杂TiO_2电流变液性能与体积分数的关系

3.4.4 Y 掺杂TiO_2电流变液剪切应力与剪切速率的关系

3.4.5 Y 掺杂TiO_2电流变液表观粘度与剪切速率的关系

3.4.6 Y 掺杂TiO_2电流变液的沉降性

3.5 两种电流变液的性能比较与评价

3.6 本章小结

4 电流变减振器的结构设计与试验研究

4.1 引言

4.2 筒式电流变减振器的工作原理与结构模式

4.3 电流变减振器流变学方程

4.3.1 基于平板模型的流变学方程

4.3.2 基于轴对称模型的流变学方程

4.4 电流变减振器结构参数对阻尼特性的影响

4.4.1 阻尼力计算

4.4.2 结构参数对减振器阻尼特性的影响

4.5 电流变减振器的结构设计

4.6 电流变减振器试验研究

4.6.1 电流变减振器的试验设备与试验方法

4.6.2 电流变减振器的工作特性

4.6.3 电流变减振器试验结果与特性分析

4.6.4 电流变减振器阻尼力计算理论值与实验值的比较

4.7 本章小结

5 连续可调汽车半主动悬架控制策略研究

5.1 汽车悬架系统评价方法

5.1.1 悬架性能相关指标

5.1.2 平顺性的评价方法

5.2 道路模型

5.2.1 路面不平度功率谱密度

5.2.2 道路模型

5.3 车辆动力学模型

5.4 连续可调半主动悬架LQG 最优控制

5.4.1 LQG 最优控制

5.4.2 半主动悬架控制策略

5.5 连续可调半主动悬架滑模变结构控制

5.5.1 滑模控制器设计条件

5.5.2 滑模面设计

5.5.3 控制率设计

5.5.4 半主动悬架滑模控制

5.5.5 仿真计算

5.6 连续可调半主动悬架模糊控制

5.6.1 模糊控制的基本原理与设计内容

5.6.2 半主动悬架模糊控制器设计

5.6.3 仿真计算

5.7 控制方法比较与评价

5.7.1 控制效果

5.7.2 可实现性

5.8 本章小结

6 总结和展望

致谢

参考文献

附录 A 作者在攻读博士学位期间发表的论文目录

作者在攻读博士学位期间承担的省、部级项目

独创性声明

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发布时间: 2005-11-07

参考文献

[1].巨电流变液的非平衡态结构研究[D]. 李丛.复旦大学2012
[2].纳米化电流变材料制备及其性能研究[D]. 王宝祥.西北工业大学2005
[3].电流变液体的声学及振动控制行为研究[D]. 唐宏.西北工业大学2005
[4].La-Ti-O系电流变材料合成和性能研究及电流变液挥发性研究[D]. 王德.中国科学技术大学2017
[5].甲基丙烯酸烷基酯改性的纳米二氧化钛电流变体系的构建、性能研究及在电泳显示中的应用[D]. 江艳萍.天津大学2014
[6].聚苯胺——钛酸钡纳米复合材料的合成、结构及其在电流变液方面的应用[D]. 魏建红.武汉理工大学2002
[7].电流变液流变行为和结构演化的模拟研究[D]. 杨帆.中国科学技术大学2012
[8].电流变液的力学性能研究及其微观结构研究[D]. 王志远.中国科学技术大学2017
[9].电流变液力学性能研究[D]. 张敏梁.清华大学2009
[10].聚芳香胺/蒙脱土纳米复合材料电流变液的制备及性能研究[D]. 路军.西北工业大学2003

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