磁偏置内旁通式磁流变阻尼器研究

论文摘要

磁流变液作为流变学特性可控的一种智能材料,引起了学术界和产业界的巨大关注。利用磁流变液,人们可以开发阻尼器、制动器、离合器等通用机械部件,并通过它相应赋予被控对象以动力学可控的智能特性,在机械装备、国防等工业领域具有广泛的应用前景。由被动弹性元件和磁流变阻尼器构成的汽车半主动悬架系统也越来越受到相关研究机构的关注,并逐渐成为研究热点,受到全球汽车制造商的青睐。磁流变阻尼器是一种采用磁流变液作为工作介质的可控阻尼器件,具有结构简单、响应迅速、能耗低、动态范围大、控制相对简单等优点,与传感器和控制器一起组成汽车半主动悬架系统。通过传感器将车辆运动状态参数反馈到控制器,通过适当的控制算法确定需要的阻尼力大小,并向磁流变阻尼器施加相应的激励电流,达到对车辆进行半主动控制的目的。目前的汽车磁流变阻尼器都由磁流变液通过磁场可控的流动通道,产生压降来获得阻尼力,一般只有单一流动通道,以流动模式或者混合模式进行工作,其阻尼力只能在不施加激励电流时的最小值与施加饱和激励电流时的最大值之间变化。在系统正常运作时,需要持续向阻尼器提供较高的激励电流,增加能量消耗;一旦磁流变阻尼器供电失效或者控制系统失效的情况下,磁流变阻尼器提供的阻尼力极小,影响汽车的安全行驶,甚至威胁驾乘人员和行人的生命安全;同时,根据前人的研究成果,单通道的磁流变阻尼器流动性能也有待改进。基于此,本文研究集成永磁体的磁流变阻尼器,在无外界激励电流条件下,通过在阻尼器流动通道产生偏置磁场,从而产生偏置阻尼力来防止供电及控制失效条件下的安全隐患,降低磁流变阻尼器在正常使用时的耗能;同时,本文提出具有两个流动通道的磁流变阻尼器内旁通工作模式,以期改善磁流变阻尼器的流动性能,从而提出磁偏置内旁通式磁流变阻尼器的设计方案,并对该阻尼器进行了混合磁路设计、流变学分析建模以及相关的试验研究,具体研究内容如下:①介绍了磁流变阻尼技术,阐述了开展磁流变阻尼器件研究的重要意义。通过回顾磁流变阻尼器及其相关研究的现状,指出了目前磁流变阻尼器存在的问题,并提出了新型磁偏置内旁通式磁流变阻尼器,介绍了本文将要开展的研究工作。②从磁流变材料性质及其获取入手,完成了磁偏置内旁通式磁流变阻尼器的总体设计。提出了适合汽车磁流变阻尼器的基本工作模式,并分析了无外界激励电流情况下,磁流变液在阻尼通道内为牛顿流时的流动状态,并据此确定了磁流变阻尼器的主要结构参数。③鉴于集成永磁体后磁流变阻尼器磁路结构的复杂性,从电磁磁路、永磁磁

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 磁流变阻尼技术概述
• 1.1.1 磁流变智能材料
• 1.1.2 磁流变半主动器件
• 1.1.3 汽车磁流变半主动悬架
• 1.2 开展本研究的重要意义
• 1.2.1 对于机械装备工业的意义
• 1.2.2 对于国防工业的意义
• 1.2.3 开展汽车半主动悬架研究的意义
• 1.3 磁流变阻尼器研究概况
• 1.3.1 磁流变阻尼器及其应用
• 1.3.2 磁流变体流变学建模
• 1.3.3 磁流变阻尼器建模研究
• 1.3.4 磁流变阻尼器驱动及动态响应
• 1.3.5 磁流变阻尼器测试研究
• 1.4 目前研究存在的问题以及本文将要开展的工作
• 1.4.1 目前研究存在的问题
• 1.4.2 本文将要开展的工作
• 1.5 本章小结
• 2 磁偏置内旁通式磁流变阻尼器总体设计
• 2.1 磁流变液特性研究
• 2.1.1 磁流变液及磁流变效应
• 2.1.2 磁流变液的材料属性及测试
• 2.2 磁流变阻尼器基本工作模式
• 2.2.1 流动模式
• 2.2.2 混合（剪切）模式
• 2.3 失效安全型磁流变阻尼器总体设计
• 2.3.1 失效安全设计
• 2.3.2 内旁通模式设计
• 2.3.3 失效安全内旁通式磁流变阻尼器
• 2.4 阻尼器初始设计
• 2.4.1 阻尼力范围确定
• 2.4.2 牛顿流准静态建模
• 2.4.3 阻尼间隙确定
• 2.4.4 零场阻尼力验算
• 2.5 本章小结
• 3 磁偏置内旁通式磁流变阻尼器磁学设计
• 3.1 磁流变阻尼器磁学设计准则
• 3.2 磁路计算基本方程组
• 3.3 磁路设计
• 3.3.1 磁路结构参数的确定
• 3.3.2 电磁磁路设计
• 3.3.3 动态电磁磁路设计结果
• 3.3.4 电磁磁路验算
• 3.3.5 永磁设计
• 3.3.6 混合磁场磁路验算
• 3.4 磁路动态特征及励磁源选择
• 3.5 本章小结
• 4 磁偏置内旁通式磁流变阻尼器流变学分析
• 4.1 磁流变体Herschel-Bulkley 本构模型
• 4.2 基本模式Herschel-Bulkley 准静态建模
• 4.2.1 Herschel-Bulkley 静态建模
• 4.2.2 模型的Bingham 简化
• 4.3 磁流变阻尼器流变学分析
• 4.4 方程组求解
• 4.5 结果分析
• 4.6 本章小结
• 5 磁偏置内旁通式磁流变阻尼器试验研究
• 5.1 阻尼器的设计制造
• 5.1.1 材料相容及表面处理
• 5.1.2 密封
• 5.1.3 绝缘
• 5.1.4 补偿方式
• 5.1.5 排空与充气
• 5.1.6 永磁材料制造
• 5.1.7 线圈绕制
• 5.1.8 引线与封装
• 5.2 试验方法与试验系统
• 5.2.1 试验方法
• 5.2.2 试验系统
• 5.3 阻尼器试验项目
• 5.3.1 阻尼器三角波激振试验
• 5.3.2 阻尼器示功试验
• 5.3.3 温度试验
• 5.4 本章小结
• 6 磁偏置内旁通式磁流变阻尼器建模研究
• 6.1 概述
• 6.2 磁流变阻尼器Bingham 建模
• 6.3 磁流变阻尼器神经网络建模
• 6.3.1 磁流变阻尼器BP 神经网络建模
• 6.3.2 磁流变阻尼器BP 神经网络逆向模型
• 6.3.3 基于神经网络模型的磁流变阻尼器控制原理
• 6.4 本章小结
• 7 全文总结及研究工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录A（攻读博士学位期间发表的论文和参加的科研工作）
• 附录B
• 独创性声明
• 学位论文版权使用授权书