基于螺旋流动模式的旋转式磁流变阻尼器研究

发布时间：2017-08-17 00:04

  本文关键词：基于螺旋流动模式的旋转式磁流变阻尼器研究

  更多相关文章： 旋转式磁流变阻尼器 螺旋流动模式 动态性能测试 多项式模型

【摘要】：磁流变液是一种智能材料,可以在磁场作用下实现快速的(毫秒)、可逆的固液转化。磁流变阻尼器是以磁流变液为工作介质的磁流变阻尼设备,由于这种设备具有响应时间快、可控制的优点已经受到越来越多的关注。根据工作方式,磁流变阻尼器分为基于直线运动的直线式阻尼器和基于旋转运动的旋转式阻尼器。相比于工作在流动模式或流动剪切混合模式下的直线式阻尼器而言,虽然旋转式阻尼器具有空间占比小,工作距离不受限制等优点,但现有研究中的旋转式阻尼器主要采用剪切工作模式,产生的阻尼力矩和力矩密度较小,无法应用于大扭矩场合。为提高旋转式磁流变阻尼器的输出扭矩,增大转矩密度,改善其性能,本文提出了一种新型工作模式—螺旋流动模式。基于此模式,采用基于Herschel-Bulkley模型的非线性流体修正模型和多目标优化设计理论对旋转式磁流变阻尼器进行了优化设计。为进一步分析其性能,加工并试制了样机,基于不同的激励条件进行了试验分析。针对于旋转式磁流变阻尼器的试验数据,建立了旋转式磁流变阻尼器的模型,并验证了有效性。本文的具体工作主要有以下几个方面:(1)在分析现有的旋转式磁流变阻尼器的结构和工作模式的基础上,提出了一种基于螺旋流动模式的旋转式磁流变阻尼器设计方案。采用基于Herschel-Bulkley模型的非线性流体修正模型的阻尼力矩计算方法,以最大阻尼力矩和可调范围为优化目标,通过遗传算法对磁流变阻尼器进行了多目标优化设计,并确定了关键结构的尺寸。(2)根据优化选取的结构参数对磁流变阻尼器进行加工装配,并采用不同激励对阻尼器进行了动态性能测试。转矩测试考虑阻尼器的单向连续旋转和正弦运动两种工况,测试了转矩与速度、电流之间的关系,并分析了阻尼器耗能、转矩密度等阻尼器的参数。进行温升试验,测试阻尼器在某一工况下,一段时间内的温度变化,并分析了温度上升时阻尼器转矩的变化情况。最后测试了阻尼器的响应时间的,测试阻尼器在给定电流激励时阻尼器转的响应时间。(3)分别采用Bingham模型、自适应神经网络模糊推理系统(ANFIS)和多项式模型三种方法建立了旋转式磁流变阻尼器的模型,并对各自的模型进行了验证和预测,最后对比总结了三种模型的优缺点。
【关键词】：旋转式磁流变阻尼器 螺旋流动模式 动态性能测试 多项式模型
【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB535
【目录】：

• 中文摘要3-4
• 英文摘要4-9
• 1 绪论9-19
• 1.1 课题研究背景和研究目的9
• 1.2 磁流变液的研究现状9-13
• 1.2.1 磁流变液的概述9-10
• 1.2.2 磁流变液的工作模式10-11
• 1.2.3 磁流变液的应用11-13
• 1.3 直线式磁流变阻尼器研究现状13
• 1.4 旋转式磁流变阻尼器的研究现状13-16
• 1.4.1 连续旋转磁流变阻尼器的研究13-15
• 1.4.2 旋转角度受限制的磁流变阻尼器的研究15-16
• 1.5 磁流变阻尼器的建模研究16-17
• 1.6 本文的主要研究内容17-18
• 1.7 本章小节18-19
• 2 基于螺旋流动模式的磁流变阻尼器的优化设计19-45
• 2.1 引言19
• 2.2 磁流变阻尼器的整体结构设计19-24
• 2.2.1 结构形式设计19-20
• 2.2.2 材料选用20-22
• 2.2.3 机械零件设计22-23
• 2.2.4 部分结构的强度校核23-24
• 2.3 旋转式磁流变阻尼器的磁场分析24-28
• 2.3.1 磁场的理论分析24-26
• 2.3.2 磁场有限元仿真26-28
• 2.4 磁流变阻尼器的力矩计算28-36
• 2.4.1 磁流变液的本构模型28-29
• 2.4.2 螺旋流动模式29-31
• 2.4.3 最大阻尼力矩和可调范围31-36
• 2.5 旋转式磁流变阻尼器的多目标优化36-38
• 2.5.1 优化变量36-37
• 2.5.2 约束条件37
• 2.5.3 目标函数37
• 2.5.4 优化流程37-38
• 2.6 旋转式磁流变阻尼器的理论仿真结果分析38-43
• 2.6.1 单向旋转运动38-40
• 2.6.2 正弦运动40-43
• 2.7 本章小结43-45
• 3 旋转式磁流变阻尼器的性能试验研究45-67
• 3.1 引言45
• 3.2 旋转式磁流变阻尼器的加工装配45-46
• 3.3 单向旋转试验研究46-50
• 3.3.1 实验系统设计46-48
• 3.3.2 实验方法48
• 3.3.3 试验结果48-50
• 3.4 正弦试验研究50-56
• 3.4.1 试验设备50
• 3.4.2 试验方法50-51
• 3.4.3 试验结果51-56
• 3.5 温度测试56-62
• 3.5.1 测试设备和测试方法57-58
• 3.5.2 结果分析58-62
• 3.6 响应时间测试62-65
• 3.6.1 测试设备与测试方法62-63
• 3.6.2 实验结果63-65
• 3.7 本章小结65-67
• 4 旋转式磁流变阻尼器建模67-79
• 4.1 引言67
• 4.2 Bingham模型67-70
• 4.2.1 模型建立67-68
• 4.2.2 模型验证68-70
• 4.3 ANFIS建模70-73
• 4.3.1 模型建立70-71
• 4.3.2 模型验证71-73
• 4.4 多项式建模73-78
• 4.4.1 模型建立74-76
• 4.4.2 模型分析76-78
• 4.5 模型分析78
• 4.6 本章小结78-79
• 5 总结与展望79-81
• 5.1 全文总结79-80
• 5.2 展望80-81
• 致谢81-83
• 参考文献83-89
• 附录89
• A．作者在攻读硕士学位期间发表的论文目录89
• B．作者在攻读硕士学位期间申报专利目录89
• C．作者在攻读硕士学位期间参加的科研项目89

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