丝式形状记忆合金汽车门锁驱动器理论分析与实验研究

发布时间：2017-04-21 10:21

  本文关键词：丝式形状记忆合金汽车门锁驱动器理论分析与实验研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着汽车电气化和智能化水平的提高,汽车正在逐渐成为各种电磁驱动器的集合体。传统汽车门锁电磁驱动器存在诸多问题,例如体积大、质量大、冲击噪声大以及电磁干扰严重等,为了解决这些问题,并提高汽车门锁系统智能化水平,本文提出了一种丝式形状记忆合金汽车门锁驱动器。该驱动器采用丝式形状记忆合金(Shape Memory Alloy,SMA)作为驱动元件,主要利用了SMA的形状记忆效应与超弹性等特性。传统的驱动器从驱动方式上主要分为电动驱动、液压驱动和气动驱动三种方式。与之相比较,SMA驱动器的工作原理和设计均大相径庭,传统的驱动器利用外界输入能源,通过复杂的结构转变为直线位移或者扭转位移对外界做功,而SMA驱动器的驱动力源于合金内部的固态转变,只需要通过适当的方式对合金进行加热即可实现驱动的目的。比较而言,SMA驱动器具有以下特点:1)功/重比大;2)结构简单;3)无噪声污染;4)具有传感功;5)驱动电压低。本文介绍了SMA驱动器的研究发展与应用状况,对形状记忆合金丝的基本特性与力学性能进行了分析与实验研究,对SMA丝进行了拉伸试验,获得了环境温度、循环次数、应变幅值、加载速率和预应变对SMA丝力学性能的影响,对SMA丝进行了耐候性试验,结果表明SMA丝具有良好的耐候性,对SMA丝进行了热差分析试验,得到了SMA相变温度,同时获得了形状记忆合金丝一些其它基本参数。为了获得不同形式的SMA驱动器并提高其可靠性和工作寿命,分别对偏置型和差动型形状记忆合金驱动器进行了结构设计与保护电路设计。本文应用了记忆合金双旗形本构模型,编写了VUMAT子程序,利用ABAQUS软件进行有限元仿真和分析,获得了SMA驱动器的基本输出性能,本文利用一种改进的电流-温度-时间的SMA本构模型,并将部分本构模型编制成程序代码,应用Matlab计算,可获得驱动器输出位移和时间曲线,电流、温度和时间曲线,可间接得到驱动器响应频率。为了获得新型丝式汽车门锁驱动系统性能参数,并与仿真结果比较,本文建立驱动器力学性能测试装置。结果表明,本文设计的丝式形状记忆合金驱动器不仅可以替代汽车门锁中的电磁马达驱动器,还可以完成开启车门动作,提高了车门系统的智能化水平,为形状记忆合金驱动器在汽车上的应用奠定了一定基础。
【关键词】：形状记忆合金 驱动器 ABAQUS VUMAT MATLAB 汽车门锁系统
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.854;TG139.6
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 项目研究的背景及意义11-12
• 1.2 形状记忆合金（Shape Memory Alloy)材料简介与应用12-13
• 1.3 形状记忆合金驱动器研究概况13-14
• 1.4 本文研究内容14-17
• 第2章 SMA丝基础特性分析与实验研究17-31
• 2.1 引言17-18
• 2.2 SMA的基本特性与力学性能影响因素18-21
• 2.2.1 形状记忆合金的记忆效应18-20
• 2.2.2 超弹性20-21
• 2.2.3 高阻尼特性21
• 2.2.4 电阻特性21
• 2.3 SMA丝力学性能实验研究21-27
• 2.3.1 不同加载速率下环境温度对SMA丝的影响22-25
• 2.3.2 循环次数对SMA丝的影响25-26
• 2.3.3 应变幅值对SMA丝的影响26-27
• 2.4 SMA丝耐候性实验研究27-29
• 2.5 SMA相变转变温度测量29-31
• 第3章 SMA驱动器设计方案31-41
• 3.1 汽车门锁驱动器的结构和基本原理31-33
• 3.2 丝式形状记忆合金驱动器33-35
• 3.3 驱动器设计注意事项35-37
• 3.4 驱动方案设计37-39
• 3.4.1 丝式线性驱动器方案一37-38
• 3.4.2 丝式线性驱动器方案二38-39
• 3.5 电压信号控制电路39-40
• 3.6 本章小结40-41
• 第4章 基于ABAQUS的驱动器仿真分析41-59
• 4.1 形状记忆合金本构模型41-46
• 4.1.1 Tanaka模型41-44
• 4.1.2 Liang-Rogers模型44-45
• 4.1.3 Brinson模型45-46
• 4.2 SMA本构开发与子程序编写46-49
• 4.2.1 双旗形-SMA本构模型简介46-47
• 4.2.2 记忆合金子程序VUMAT的编写47-49
• 4.3 基于ABAQUS的驱动器输出特性仿真49-54
• 4.3.1 偏动式驱动器仿真分析49
• 4.3.2 UMAT子程序的验证49-52
• 4.3.3 差动式输出力位移特性分析52-54
• 4.4 关于驱动器温度、电流、时间、位移的模型。54-59
• 第5章 SMA驱动器汽车门锁系统实验研究59-75
• 5.1 试验装置简介59-61
• 5.2 偏置型丝式汽车门锁驱动器61-65
• 5.2.1 驱动器的温度、位移、载荷关系61-62
• 5.2.2 驱动器的响应速率62-65
• 5.3 丝式差动型汽车门锁驱动器65-67
• 5.4 丝式形状记忆合金驱动器的效率67-70
• 5.5 环境温度对驱动器的影响70-71
• 5.6 获得驱动器完成汽车门锁锁止和开启动作性能71-72
• 5.7 本章小结72-75
• 第6章 总结与展望75-79
• 6.1 研究总结75-76
• 6.2 研究展望76-79
• 参考文献79-84
• 作者简介84-85
• 致谢85

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 国文;多孔Ni-Ti形状记忆合金[J];金属功能材料;2000年06期

2 唐卫胜;TiNi形状记忆合金的特性及应用[J];钛工业进展;2000年06期

3 高英俊,陈华宁;形状记忆合金及其在医学中的应用[J];广西物理;2001年01期

4 国文;铜系形状记忆合金的改性研究[J];金属功能材料;2001年03期

5 刘建辉,李宁,文玉华;形状记忆合金的应用[J];机械;2001年03期

6 朱明;神奇的形状记忆合金[J];企业技术开发;2001年10期

7 孙世清,郭志猛,殷声;TiNi形状记忆合金及其多孔体[J];材料导报;2001年02期

8 朱明;神奇的形状记忆合金[J];科技信息;2001年06期

9 周海锋;形状记忆合金及其应用[J];机电设备;2002年05期

10 白玉俊,陈蕴博,徐庆莘;医用多孔Ni-Ti形状记忆合金的研究与应用进展[J];材料导报;2002年09期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 朱玉萍;兑关锁;;磁控形状记忆合金变体重定向的细观力学模型[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（下）[C];2007年

2 周星;樊荣;张文娟;朱明;梁建辉;毛协民;;人工食管用TiNi形状记忆合金的细胞毒性研究[A];2009中国功能材料科技与产业高层论坛论文集[C];2009年

3 冯燕忠;孙丽;张雯;;形状记忆合金在工程中的应用及探讨[A];第八届沈阳科学学术年会论文集[C];2011年

4 刘春雨;涂福泉;许仁波;;磁控形状记忆合金的研究现状及其应用进展[A];2011中国功能材料科技与产业高层论坛论文集（第二卷）[C];2011年

5 董治中;王德法;刘文西;陈金铭;高银露;;微量硼对铁基形状记忆合金的性能影响[A];2000年材料科学与工程新进展（上）——2000年中国材料研讨会论文集[C];2000年

6 秦添艳;;形状记忆合金的发展[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年

7 谢诗芳;刘锦文;;添加元素对Cu-11.46Al-2.86Ni形状记忆合金韧性的响影[A];首届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1992年

8 赵连城;蔡伟;;形状记忆合金的研究进展[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年

9 戴自怡;刘晓霞;;形状记忆合金纺织品及其开发[A];第十届长三角科技论坛——纺织分论坛论文集[C];2013年

10 于东;张博明;梁军;武湛君;戴福洪;;形状记忆合金混杂复合材料的力学性能模拟与实验分析[A];复合材料——基础、创新、高效：第十四届全国复合材料学术会议论文集（下）[C];2006年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 李有观;形状记忆合金材料的发展动向[N];中国有色金属报;2005年

2 本报驻美国记者 毛黎;换位思考别有一番洞天[N];科技日报;2012年

3 本报记者 华凌;金属家族里的“变形金刚”[N];科技日报;2012年

4 记者 李鹏;4D打印：开启材料的自我组装时代[N];北京科技报;2014年

5 褚幼义;形状记忆合金，材料新贵族[N];中国有色金属报;2001年

6 李况;新型建筑电子化[N];中国房地产报;2003年

7 仲欣;新材料让建筑更“聪明”[N];中华建筑报;2003年

8 敖宏;记忆合金研发 北京走在前列[N];北京日报;2000年

9 中国科学技术馆 李春才　　;会记忆的金属材料[N];大众科技报;2004年

10 彭新建;日开发出超强磁性制品形状记忆合金[N];中国冶金报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前10条

1 刘记立;柱状晶组织Cu_(71)Al_(18)Mn_(11)形状记忆合金的性能及制备加工基础研究[D];北京科技大学;2016年

2 陈翔;镍钛铌形状记忆合金特性的试验与本构模型研究[D];重庆大学;2015年

3 王永军;含形状记忆合金复合结构振动特性研究[D];哈尔滨工程大学;2010年

4 王玉龙;形状记忆合金复合材料界面力学特性[D];哈尔滨工程大学;2011年

5 陈斌;镍钛铌形状记忆合金宏细观力学行为研究[D];重庆大学;2013年

6 鲁军;磁控形状记忆合金电磁—机械可逆转换及应用基础研究[D];沈阳工业大学;2010年

7 李明高;TiNi形状记忆合金与不锈钢的连接[D];吉林大学;2006年

8 周博;形状记忆合金的本构模型[D];哈尔滨工程大学;2006年

9 竺致文;用形状记忆合金对转子系统进行主动控制[D];天津大学;2003年

10 朱胜利;多孔TiNi形状记忆合金的研究[D];天津大学;2005年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 柳宾;形状记忆合金振动系统分析与计算[D];天津大学;2009年

2 孟兆华;形状记忆合金复合薄板的非线性动力学研究[D];天津大学;2010年

3 裴丽丽;生物医用TiNi形状记忆合金的制备及性能研究[D];东北大学;2008年

4 袁亭亭;基于SMA的混凝土柱智能预应力加固机理研究[D];山东大学;2015年

5 杨宽;磁控形状记忆合金传感器设计与信号处理研究[D];沈阳理工大学;2015年

6 渠桂丽;Fe-Ni-Co基多晶形状记忆合金的组织与性能研究[D];南昌大学;2015年

7 毛伟科;新型防屈曲支撑耗能减震研究分析[D];河北工业大学;2015年

8 姚康;Fe-Mn-Ga磁性形状记忆合金的结构和磁性能研究[D];东北大学;2013年

9 李宝龙;POM/TPU形状记忆合金的制备与性能研究[D];天津科技大学;2014年

10 宾帅;超弹性形状记忆合金性能试验与力学模型研究[D];湖南科技大学;2015年

  本文关键词：丝式形状记忆合金汽车门锁驱动器理论分析与实验研究，，由笔耕文化传播整理发布。

本文编号：320139