面向假肢膝关节的微纳米磁流变液阻尼器及其性能研究
发布时间：2024-07-06 22:49
全球每年交通意外、自然灾害频发,这些不可预测的事故造成肢体残疾患者大幅增加而人类对医学、生物学的研究还未能达到使肢体再生的地步,因此,假肢成为了下肢截肢者恢复其正常行走功能的重要工具。磁流变阻尼器因其具有灵活性好、结构简单、稳定并且能在小功率的情况下输出连续可控阻尼力的优点,在具备减振功能的智能假肢膝关节领域具备广阔的应用前景。现有的研究中,磁流变假肢膝关节中的磁流变阻尼器体积较大,较为笨重,步态识别和穿戴者舒适度没有保障,且理论研究还未能很好的实现实际应用化。因此,面向假肢膝关节性能要求的磁流变阻尼器的研究具有重要的理论意义和应用价值。本文通过向传统的磁流变液中添加纳米磁性颗粒研制出了一种性能更好的新型微纳米磁流变液,对其产生可控阻尼效应的机理进行了研究,并通过初步实验,验证了微纳米磁流变液在外加磁场作用下的可控阻尼性能和饱和磁场强度;基于假肢膝关节的实际应用标准和磁流变阻尼器的工作模式,对磁流变阻尼器进行了结构设计和磁路设计,研制了一种面向假肢膝关节的微纳米磁流变液阻尼器。基于设计的阻尼器结构和参数,提出了以微纳米磁流变液阻尼器的体积和功耗作为主要优化目标,利用多目标遗传算法得到了...
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 智能假肢膝关节的研究现状
1.2.1 假肢膝关节国外研究现状
1.2.2 假肢膝关节国内研究现状
1.3 磁流变阻尼器的研究现状
1.3.1 磁流变液介绍
1.3.2 国外研究现状
1.3.3 国内研究现状
1.4 磁流变阻尼假肢膝关节的研究现状
1.5 本文主要研究内容
第2章 微纳米磁流变液阻尼器的设计与理论研究
2.1 微纳米磁流变液
2.1.1 磁流变液的基本组成和工作原理
2.1.2 微纳米磁流变液的研制与法向力特性研究
2.1.3 微纳米磁流变液的可控阻尼效应及饱和磁感应强度
2.2 阻尼器的设计理论
2.2.1 阻尼器结构设计
2.2.2 阻尼器参数设计理论
2.2.3 阻尼器磁路设计理论
2.3 本章小结
第3章 微纳米磁流变液阻尼器的多目标结构参数优化设计
3.1 优化理论
3.1.1 优化设计概述
3.1.2 Matlab优化工具箱简介
3.2 影响阻尼器性能的参数分析
3.2.1 微纳米磁流变液阻尼器的功率
3.2.2 微纳米磁流变液阻尼器的体积
3.2.3 微纳米磁流变液阻尼器的阻尼可调系数
3.3 微纳米磁流变液阻尼器的参数优化
3.3.1 优化目标与限制条件
3.3.2 优化流程
3.4 优化结果分析
3.4.1 响应面分析
3.4.2 Pareto解集
3.5 本章小结
第4章 微纳米磁流变液阻尼器的磁路设计与有限元分析
4.1 创建物理环境
4.1.1 磁场及材料的定义
4.1.2 微纳米磁流变液阻尼器模型的建立与网格的划分
4.1.3 施加边界条件和电流载荷
4.2 磁场仿真结果与讨论
4.2.1 不同电流下的仿真结果与分析
4.2.2 优化前后的仿真结果对比与分析
4.3 本章小结
第5章 微纳米磁流变液阻尼器的性能分析与实验研究
5.1 性能测试的原理与各模块选型
5.1.1 性能测试的原理
5.1.2 温度传感器的选型与标定
5.1.3 温控仪的选型
5.1.4 测力传感器的选型与标定
5.1.5 应变放大器的选型
5.1.6 数据采集卡的选型
5.1.7 伺服电机的选型
5.2 测试系统
5.2.1 测试平台的搭建
5.2.2 程序的编写调试
5.2.3 测试步骤
5.3 实验结果与分析
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者攻读学位期间所开展的科研项目和发表的学术论文
作者在攻读硕士学位期间所获得的奖励
本文编号：4002751
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究背景及意义
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意义
1.2 智能假肢膝关节的研究现状
1.2.1 假肢膝关节国外研究现状
1.2.2 假肢膝关节国内研究现状
1.3 磁流变阻尼器的研究现状
1.3.1 磁流变液介绍
1.3.2 国外研究现状
1.3.3 国内研究现状
1.4 磁流变阻尼假肢膝关节的研究现状
1.5 本文主要研究内容
第2章 微纳米磁流变液阻尼器的设计与理论研究
2.1 微纳米磁流变液
2.1.1 磁流变液的基本组成和工作原理
2.1.2 微纳米磁流变液的研制与法向力特性研究
2.1.3 微纳米磁流变液的可控阻尼效应及饱和磁感应强度
2.2 阻尼器的设计理论
2.2.1 阻尼器结构设计
2.2.2 阻尼器参数设计理论
2.2.3 阻尼器磁路设计理论
2.3 本章小结
第3章 微纳米磁流变液阻尼器的多目标结构参数优化设计
3.1 优化理论
3.1.1 优化设计概述
3.1.2 Matlab优化工具箱简介
3.2 影响阻尼器性能的参数分析
3.2.1 微纳米磁流变液阻尼器的功率
3.2.2 微纳米磁流变液阻尼器的体积
3.2.3 微纳米磁流变液阻尼器的阻尼可调系数
3.3 微纳米磁流变液阻尼器的参数优化
3.3.1 优化目标与限制条件
3.3.2 优化流程
3.4 优化结果分析
3.4.1 响应面分析
3.4.2 Pareto解集
3.5 本章小结
第4章 微纳米磁流变液阻尼器的磁路设计与有限元分析
4.1 创建物理环境
4.1.1 磁场及材料的定义
4.1.2 微纳米磁流变液阻尼器模型的建立与网格的划分
4.1.3 施加边界条件和电流载荷
4.2 磁场仿真结果与讨论
4.2.1 不同电流下的仿真结果与分析
4.2.2 优化前后的仿真结果对比与分析
4.3 本章小结
第5章 微纳米磁流变液阻尼器的性能分析与实验研究
5.1 性能测试的原理与各模块选型
5.1.1 性能测试的原理
5.1.2 温度传感器的选型与标定
5.1.3 温控仪的选型
5.1.4 测力传感器的选型与标定
5.1.5 应变放大器的选型
5.1.6 数据采集卡的选型
5.1.7 伺服电机的选型
5.2 测试系统
5.2.1 测试平台的搭建
5.2.2 程序的编写调试
5.2.3 测试步骤
5.3 实验结果与分析
5.4 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
致谢
作者攻读学位期间所开展的科研项目和发表的学术论文
作者在攻读硕士学位期间所获得的奖励
本文编号：4002751
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/yiqiyibiao/4002751.html
