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汽车磁流变减振器的分析与设计

钟银辉  
【摘要】: 磁流变液是可磁极化的固体微颗粒在基液中形成的悬浮液,其流变特性可由外加磁场连续控制。在不加磁场时,它表现为牛顿流体;在外加磁场作用下,磁流变液能够在1ms内快速、可逆地由流动性良好的牛顿流体转变为高粘度、低流动性的宾汉塑性固体,具有一定的抗剪屈服应力,且其屈服应力随外界磁场的增加而增加。基于磁流变液的流变特性,结合机械设计的方法,分析了磁流变液在减振器间隙中的流动情况,建立了磁流变减振器的设计理论和方法。 本文的主要研究工作如下: (1)介绍了磁流变液材料的组成、磁流变液效应、磁流变液的主要性能和五种常用的磁流变液材料及其性能。 (2)基于纳维-斯托克斯方程和宾汉模型,结合磁流变减振器的工作原理,研究了磁流变液在减振器中的流动,建立了流动方程,得出了阻尼力与屈服应力、阻尼通道长度、间隙之间的关系式。 (3)根据阻尼力的要求,确立了减振器的基本结构参数尺寸,以此为基础进行了磁路设计,得出了活塞的长度尺寸,同时得出了激励电流分别与阻尼力和功率之间的关系。 (4)利用ANSYS软件对磁流变减振器进行了磁回路仿真优化分析和流体分析,对阻尼力-间隙,阻尼力-长度进行了仿真。结果表明:磁场强度随着激励电流的增大而近似线性地增大,达到2A之后磁场强度最大值则基本稳定。 (5)建立了磁流变减振器的实验方案。 本文的创新之处在于: (1)基于纳维-斯托克斯方程和宾汉模型,结合磁流变减振器的工作原理,建立了磁流变液的粘塑性流动方程,揭示了磁流变液在阻尼通道中的真实流动状态。 (2)通过数据分析,得出了单级通道的压差与屈服应力的关系,提供了激励电流对阻尼力的控制方法。 (3)理论上得出了磁流变减振器关键尺寸,并对其磁路设计考虑了功率损失,更真实地描述了阻尼力分别与激励电流和电源功率之间的关系。


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