基于形状记忆合金的车身梁结构振动半主动控制研究

发布时间：2017-04-30 22:05

  本文关键词：基于形状记忆合金的车身梁结构振动半主动控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着汽车消费者对车辆安全性的要求和社会对于环保节能的呼声越来越高,汽车制造商不得不因此而寻找更轻薄的造车原料,轻量化成为汽车行业发展的重要课题。追求轻量化就可能降低车身刚度,容易被外界激励产生振动和噪声,影响汽车的驾驶性、安全性和乘坐舒适性等。形状记忆合金功率密度大,发生形状记忆效应时能够产生很大的回复力,为满足车身轻量化的同时提高结构刚度,进行车身振动控制提供新的思路。本文利用形状记忆合金材料对简化车身梁结构进行振动半主动控制研究,借鉴变刚度控制理论,从理论、仿真和实验三个方面进行车身梁结构的振动控制研究,主要工作内容如下:(1)对形状记忆合金丝进行力学性能实验,通过差示扫描试验,得到相变温度;在此基础上对形状记忆合金丝进行一系列的拉伸实验,测试内容主要包括形状记忆合金的应力应变关系、应变幅值和不同预应变情况下的回复应力等,得到数值模拟、仿真分析和实验设计所需的相关参数。(2)对Ni Ti合金的几种宏观唯象本构模型进行总结分析,在Liang-Rogers一维本构模型的基础上,根据实验结果,采用MATLAB软件编写程序对形状记忆效应的回复力变化进行模拟,并与实验结果相比较。(3)通过理论分析得到形状记忆合金丝产生的回复力与结构频率的变化关系,并利用MATLAB软件进行数值模拟,研究形状记忆合金丝到梁中性轴的距离对结构频率的影响。(4)利用有限元分析软件ANSYS,采用“负热应变法”对梁-SMA智能结构的振动特性进行仿真分析,通过改变形状记忆合金丝的温度、预应变、体积含量和布置方式等参数变量,分析不同参数下结构固有频率的变化情况。(5)搭建了智能梁结构的振动控制实验台,在LABVIEW软件中编写开关控制策略,验证了控制算法用于简化车身梁结构振动半主动控制的有效性,并研究了不同控制电流对抑振效果的影响。本文的研究结果表明,形状记忆合金能够对简化车身梁结构振动进行变刚度半主动控制,实现抑振的目的。
【关键词】：智能结构 形状记忆合金 振动控制 半主动控制 仿真分析 实验验证
【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】：U463.83;TG139.6
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-21
• 1.1 引言11-12
• 1.2 形状记忆合金的研究及其在汽车领域的应用12-15
• 1.2.1 国内外形状记忆合金的研究动向12
• 1.2.2 形状记忆合金的发展12-13
• 1.2.3 形状记忆合金在汽车领域的应用13-15
• 1.3 形状记忆合金的基本特性15-17
• 1.3.1 形状记忆效应15
• 1.3.2 超弹性效应15-16
• 1.3.3 高阻尼特性16
• 1.3.4 电阻特性16-17
• 1.4 形状记忆合金在结构振动半主动控制中的研究现状17-19
• 1.5 本文的研究内容19-21
• 第2章 形状记忆合金材料力学行为实验与本构研究21-39
• 2.1 引言21
• 2.2 NiTi形状记忆合金材料的相变温度测试21-23
• 2.3 NiTi形状记忆合金丝的力学性能试验23-27
• 2.3.1 试验概况23
• 2.3.2 SMA的应力-应变曲线23-26
• 2.3.3 SMA的应变幅值26
• 2.3.4 SMA的回复应力测试26-27
• 2.4 NiTi合金丝相变的本构关系27-38
• 2.4.1 Tanaka模型28-30
• 2.4.2 Liang-Rogers模型30-31
• 2.4.3 Brinson模型31-34
• 2.4.4 基于Liang-Rogers模型的SMA形状记忆效应模拟34-38
• 2.5 本章小结38-39
• 第3章 SMA回复力与梁振动特性关系的基本理论分析39-47
• 3.1 有限元动力模型39-42
• 3.1.1 系统刚度矩阵K39-40
• 3.1.2 系统质量矩阵M40-41
• 3.1.3 系统固有频率41-42
• 3.2 系统动力学模型42-43
• 3.2.1 梁压力与频率的关系42
• 3.2.2 SMA丝拉力与频率的关系42-43
• 3.3 数值分析与结果43-45
• 3.4 本章小结45-47
• 第4章 形状记忆合金对车身梁结构振动半主动控制研究47-63
• 4.1 引言47
• 4.2 基于形状记忆合金变刚度半主动控制47-51
• 4.2.1 变刚度振动控制原理48-50
• 4.2.2 开关控制算法50-51
• 4.3 SMA丝对车身梁结构振动特性影响的仿真分析51-55
• 4.3.1 仿真模拟相关参数准备52-53
• 4.3.2 建模仿真分析53-55
• 4.4 计算结果及分析55-61
• 4.4.1 SMA丝温度对结构振动特性的影响56-57
• 4.4.2 SMA丝预应变对结构振动特性的影响57-58
• 4.4.3 SMA丝的含量和布置方式对结构振动特性的影响58-61
• 4.5 本章小结61-63
• 第5章 基于LABVIEW测试平台的振动控制实验63-73
• 5.1 实验方案设计63-68
• 5.1.1 实验测试原理介绍63-64
• 5.1.2 实验模型结构64-65
• 5.1.3 振动测试平台65-66
• 5.1.4 基于LABVIEW的振动测控系统66-68
• 5.2 SMA用于两端固支梁结构振动半主动控制的实验验证68-72
• 5.2.1 控制算法的实验验证及结果分析69-70
• 5.2.2 不同控制电流的实验及结果分析70-72
• 5.3 本章小结72-73
• 第6章 总结与展望73-75
• 6.1 总结73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 作者简介79-80
• 致谢80

【参考文献】

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本文编号：337661