磁流变液本构特性的研究及其面向液压衬套的应用仿真

发布时间：2017-08-11 22:29

  本文关键词：磁流变液本构特性的研究及其面向液压衬套的应用仿真

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【摘要】：近年来,随着环保概念和能源战略的深化,电动汽车的研究迫在眉睫。分布式驱动电动车作为其中的一种将驱动电机嵌入轮辋之中直接带动车轮转动,便利高效的同时也带来了增加簧下质量、产生高频激励等不利影响,这对于车辆的平顺性和操纵稳定性都有极大的负面效应。而衬套作为阻隔簧下振动向车身传递的屏障,是保证车辆具有良好的舒适性和操稳能力的得力工具。为此,本文将磁流变液式特种液压衬套作为切入点,研究磁流变液式液压衬套力学特性,通过对其控制实现操稳和舒适性的兼顾。而磁流变液作为此类特种液压衬套中的核心部分,其力学特性和属性特征的准确表达则是所有研究的出发点和基础。本文围绕磁流变液的特性到液压衬套耦合应用的思路进行研究,从剪切实验台的开发及实验、磁流变液本构模型的建立、液压衬套分析及建模、磁流变衬套的液固耦合及特性仿真分析四个方面展开。剪切实验台的开发及实验。针对磁流变液的性能特征,开发了基于剪切模式的磁流变液材料特性实验台。通过布置线圈及在Ansoft中对磁场回路进行有限元仿真满足了实验中对磁场强度的要求,相关的数学运算及加工精度的把控保证了力学特性测量的准确性。在该实验台上进行不同磁场强度下的大振幅震荡剪切实验,并根据LAOS理论建立相应的非线性本构模型。磁流变液本构模型的建立。由于经典参数模型在特性描述中暴露出缺陷,首先利用分数导数的定义对Maxwell和Kelvin模型进行分数导数尝试,根据辨识结果对模型加以改进,在四种不同分数导数改造模型中选择了计算难度、参数意义、拟合效果较为均衡的一个作为分数导数形式的本构模型。同时根据Grunwald(5)(5)-Letnikov型分数导数定义,将本构方程反求实现了频域向时域的转换。液压衬套分析及建模。将日系某B级车麦弗逊悬架三角臂与副车架连接处的液压衬套进行解剖,分析了液压衬套的工作原理。随后建立基于结构的液压衬套数学模型。同时利用辨识结果结合实物测量在AMESim中建立相应结构的液压衬套。磁流变衬套的流固耦合及特性仿真。对液压衬套结构改造并通过Ansoft进行磁场有限元分析验证了磁流变衬套结构设计的可行性。随后着重分析了磁流变液在一侧液室流经惯性通道到达另一侧液室的流动损失,建立磁流变液剪切应力与液室压降的对应关系,从而将磁流变液分数导数的本构方程导入到液压衬套数学方程。同步的在AMESim液压衬套模型中通过自定义文件将磁流变液的宾汉姆模型导入进行衬套的仿真预测。通过耦合计算与软件仿真,验证了磁流变衬套的可控性,对其力学特性规律进行了预测。
【关键词】：磁流变液 分数导数 本构模型 磁流变衬套 流固耦合 力学特性
【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】：U469.72
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 课题的提出10-11
• 1.1.1 课题背景10
• 1.1.2 课题意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 磁流变液11-12
• 1.2.2 大振幅震荡剪切实验12
• 1.2.3 液压衬套12-13
• 1.2.4 磁流变衬套13-15
• 1.3 本文主要研究内容及结构15-18
• 1.3.1 主要研究内容15-16
• 1.3.2 技术路线16-18
• 第2章 磁流变液的非线性粘弹特性研究18-36
• 2.1 磁流变液的性能分析18-21
• 2.1.1 磁流变液的力学特性18-19
• 2.1.2 磁流变液的工作模式及测试方法19-21
• 2.2 DMA实验台开发21-27
• 2.2.1 剪切式实验台的基本结构22-25
• 2.2.2 剪切式流变仪的磁场有限元仿真25-27
• 2.3 磁流变液的大振幅震荡剪切实验27-31
• 2.4 非线性的本构模型建立31-34
• 2.5 本章小结34-36
• 第3章 磁流变液分数导数型本构模型的建立36-62
• 3.1 经典粘弹性本构理论36-41
• 3.1.1 Kelvin模型37-38
• 3.1.2 Maxwell模型38-39
• 3.1.3 标准固体模型39-40
• 3.1.4 标准流体模型40-41
• 3.2 分数导数型本构模型的初步建立41-46
• 3.2.1 分数阶Maxwell模型42
• 3.2.2 分数阶Kelvin模型42-46
• 3.3 磁流变液的分数导数本构模型的最终确立46-53
• 3.3.1 分数阶流体模型A47
• 3.3.2 分数阶流体模型B47-48
• 3.3.3 分数阶流体模型C48-49
• 3.3.4 分数阶流体模型D49-53
• 3.4 反求本构模型时域表达式53-60
• 3.4.1 Riemann -Liouville型分数导数54-55
• 3.4.2 Caputo型分数导数55
• 3.4.3 Grunwald&&-Letnikov型分数导数55-60
• 3.5 本章小结60-62
• 第4章 基于结构的液压衬套模型的建立62-82
• 4.1 液压衬套性能分析62-63
• 4.2 液压衬套的力学特性实验63-69
• 4.2.1 静态加载实验64-67
• 4.2.2 动态扫频实验67-69
• 4.3 考虑其内部结构的液压衬套数学模型的建立69-75
• 4.4 基于AMEsim的液压衬套模型的建立75-80
• 4.5 本章小结80-82
• 第5章 磁流变衬套的力学特性仿真分析82-102
• 5.1 磁流变衬套的设计82-86
• 5.2 磁流变液流动损失计算86-93
• 5.2.1 入口流动阶段86-88
• 5.2.2 管道内流动损失88-91
• 5.2.3 出口流动阶段91-93
• 5.3 磁流变衬套力学特性的耦合仿真93-98
• 5.4 AMESim磁流变模型的仿真分析98-101
• 5.5 本章小结101-102
• 第6章 全文总结与研究展望102-104
• 6.1 全文总结102-103
• 6.2 研究展望103-104
• 参考文献104-110
• 致谢110

【参考文献】

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本文编号：658529