孙民[1]2016年在《电流变减振器结构与控制研究》文中认为悬架系统是衡量汽车质量水平的一个重要指标,其性能与汽车的舒适性具有直接关系,随着国家公路水平上升的同时汽车的行驶速度也在不断提高,这就要求更高质量的悬架系统,半主动悬架应运而生。电流变液体是一种智能材料,可以通过控制施加给电流变液体的电场强度大小来改变电流变液体的性质,从而使电流变液体产生具备固体特征的抗剪切屈服应力,这就表明电流变液体可以作为减振器的一种阻尼介质,并且使得减振器成为智能可控的电流变减振器。本文将半主动悬架和电流变减振器结合,使得电流变减振器成为半主动悬架的关键执行元件,并对电流变半主动悬架的控制策略进行研究,主要内容如下:首先,本文研究了面向电流变减振器的电流变特性,对电流变技术、电流变效应进行介绍分析,然后阐述了电流变液体的组成以及组成成分的性能要求,对电流变液体的力学特性进行分析,探究了电流变液体的叁种工作模式,配制了性能良好的电流变液体,并通过实验获取电流变液体的抗剪切屈服应力与电场强度的关系,为后续研究提供基础。其次,本文对电流变减振器的结构进行设计,提出了电流变减振器的设计思路和设计要求,在基于电流变液体性质的基础上,对电流变减振器的主体结构——电流变阀进行设计,参考普通液压减振器对阻尼力的要求,设计了充气式结构的电流变减振器并确定了补偿气室的位置在减振器的顶部,讨论了活塞与活塞杆直径的关系,对电流变减振器进行了整体结构集成设计,并阐述了电流变减振器的具体工作原理。再次,本文对电流变减振器在压缩行程和拉伸行程中的阻尼力进行了数学建模,确定了电流变减振器的阻尼力可视为由固定阻尼力和可控阻尼力两部分组成,并通过matlab/simulink软件对电流变减振器在压缩和拉伸行程的阻尼力进行仿真模型搭建,参考某被动液压减振器,确定了电流变减振器的缝隙宽度、补偿气室气压等主要参数,建立了被动悬架模型和基于电流变减振器的半主动悬架模型,为后续控制研究做准备。最后,本文建立了随机路面模型,以电流变减振器为基础,建立了天棚阻尼控制器、PID控制器以及模糊-PID控制器,将叁种控制策略与被动悬架在车身垂直加速度、悬架动挠度以及轮胎动变形叁方面进行了对比,得出基于电流变减振器的半主动悬架,天棚阻尼控制策略可以加强汽车的操纵稳定性,但汽车的行驶平顺性并没有增加;PID控制使汽车在行驶平顺性和操纵稳定性方面都有不同程度的提高,较之PID控制策略,模糊-PID控制策略对两者的兼顾更加明显。电流变减振器克服了传统被动减振器阻尼系数单一,不能兼顾汽车行驶平顺性和操纵稳定性的缺点,为半主动悬架系统的研究提供了新思路,为汽车悬架性能的提高具有重大研究意义。
雷先华[2]2015年在《自供能电流变弹性体减振器的设计与实验研究》文中认为振动噪声和能源危机一直以来倍受关注,如何将分布在环境中的振动噪声能量回收利用是关于绿色能源的新战略性发展理念。本文基于智能材料压电陶瓷和电流变弹性体设计了一种阻尼可电控调节的自供能电流变弹性体减振器,利用压电陶瓷的压电效应将振动能转换成电能,用于电控调节减振器中具有电流变效应的电流变弹性体的阻尼和刚度,实现减振器的自适应调节,使减振器更好的适应振动环境。采用理论与实验相结合的方法确定了压电陶瓷的发电性能和电流变弹性体的电控性能,最后,对新型阻尼可调减振器的进行了结构设计和实验分析。本文在理论和实验上对所设计的减振器在振动控制领域中的应用进行研究。具体内容如下:1、对两种智能材料的研究现状进行了总结,主要包括了压电能量采集技术的研究现状、电流变弹性体材料的研究动态以及利用此两种材料设计的阻尼可调的电/磁流变减振器的研究现状及发展动态。2、对压电陶瓷材料的压电效应进行了基础的理论分析,采用ANSYS分析方法确定了材料的结构尺寸、静压力与压电陶瓷发电性能之间的关系,并用实验验证叁者之间的关系。3、采用了钛酸钡、淀粉、二甲基硅油以及硅橡胶材料在不同的电场条件下制作了叁种不同分散相的电流变弹性体材料,利用微型万能试验机得到了叁种弹性体在不同电场下力与压缩模量之间的曲线关系。4、最后设计与制作了自供能电流变弹性体减振器,实验测取了减振器分别在压电发电、无场强以及施加1000V电场条件下的减振数据,总结分析实验数据发现无电场条件下的减振效果最差,外加1000V电场的减振效果最好,而压电发电条件下的减振器的效果介于两者之间,实验最后证明利用压电陶瓷去电控调节电流变弹性体的阻尼的方法是可行的。
陈永光[3]2002年在《电流变减振器理论与实验研究》文中研究指明电流变液是一种随外加电场的作用，液体的粘度、模量和屈服应力等发生迅速变化，而当电场取消后迅速恢复常态的智能材料。将电流变技术应用于车辆减振系统，为半主动智能悬挂系统的研究提供了一条崭新的途径。它克服了被动式悬挂系统减振器阻尼固定不变以及机械（电子）可调阻尼减振器结构复杂、响应较慢的缺点，克服了主动悬挂系统制造技术复杂、能量消耗大、成本高的缺点，同时具有响应速度快、阻尼无级可调、能耗低等特点，可以通过适当的控制规律实现对结构振动的最优控制。围绕着电流变液的制备和电流变减振器的开发，本文完成了如下工作：1. 分析了典型聚合物电流变材料聚苯胺的合成条件，在低温条件下合成的聚苯胺具有较高的分子量和由此而导致的较高电导率，使聚苯胺与硅油的电导率失配常数增大，其电流变效应增强。并对影响电流变液电流变效应的其它因素如聚苯胺粒子大小、形状，体积分数，外加电场强度，剪切速率，外界温度等进行了实验分析。2. 由于电流变效应的复杂性，电流变效应机理的研究目前仍处于探索阶段，尚无精确的物理模型来进行描述，对电流变现象的解释也因研究体系的不同而不尽相同。电流变效应的产生主要源于分散粒子在外加电场作用下在分散液体里的极化，通过对粒子极化的机制分析，介绍了解释电流变效应机理的几种常用理论及其适用场合。在聚苯胺/硅油体系的电流变液中加入极性液体可以比较明显的提高其电流变性能，通过实验测试，以聚苯胺/硅油/极性液体的双分散体系为主线，分析了其成链固化过程，在微观结构观察和电场诱导极化理论的基础上，建立了电流变液双分散体系的成链、成网和固化的物理模型。3. 电流变减振器的理论建模是一项十分重要的工作。电流变减振器的工作模式可以分为固定电极的流动模式、滑动电极的剪切模式、滑动电极的复合模式和挤压膜减振器。对电流变液体在筒式减振器中的流动，建立起了流场中的速度分布和流量计算；运用流变力学理论，推导出充气式电流变液体减振器阻尼力计算公式，它包括电流变液基础粘度引起的本底阻尼力、由电场作用引起的电致阻尼力和气室气体引起的压力叁部分组成。分析了阻尼力与振动速度、外加电场强度、充气压力等的数学关系，为减振器设计参数的优化研究提供了理论依据。4. 阐述了电流变减振器的设计思想和方案，开发了一种结构简单的充气式电流变液体减振器，对影响减振器性能的主要结构参数进行了分析讨论和优化，给<WP=6>出了减振器设计中参数选择的一般原则和应注意的问题。5. 讨论了电流变减振器的速度特性和示功特性，按照国家标准进行了电流变减振器的台架实验。通过台架实验，对所设计的电流变液体减振器性能进行了考察，主要考察了不同电流变液配方、不同充气压力、不同内外筒间隙下电流变减振器的示功图和速度特性曲线。对阻尼力理论计算与实验结果进行了比较，分析了误差产生的原因。讨论了温度效应对压缩阻尼力和回复阻尼力的影响，由于温度上升会使阻尼力下降，解决温衰的影响可从两方面考虑，一是提高电压，利用电场强度来补偿温衰；二是改进电流变液，提高对温度的稳定性。
张全富[4]2012年在《电流变弹性体减振器的结构设计与实验研究》文中研究表明在工程技术应用中，机械振动是机械设计与制造领域中无法避免的问题，已有专家学者把电流变材料应用到机械振动控制领域，取得了巨大的研究成果。最近兴起一种新的电流变材料——电流变弹性体，它不仅继承了电流变液的优点，同时克服了电流变液在使用过程中的缺陷，而且还具有弹性体的性能，所以电流变弹性体在振动控制领域有着广泛的应用。本文依托国家自然科学基金（11172100），根据电流变弹性体的电控性能，从理论和实验两方面对电流变弹性体减振器在振动控制中的应用展开研究。首先，分别以淀粉、钛酸钡以及淀粉和钛酸钡混合的固体颗粒作为分散相，制备了叁种类型的电流变弹性体，并在有无电场作用下对电流变弹性体进行力学性能分析；其次，设计了挤压式和剪切式电流变弹性体减振器，对设计的两类减振器进行运动仿真分析，并对剪切式电流变弹性体减振器进行模态分析；最后，在有无外加电场下，对电流变减振器在各种激励频率下进行振动控制实验研究，研究结果表明：电流变弹性体减振器的阻尼和刚度受外加电场控制，但是剪切式减振器和挤压式减振器存在差异。剪切式减振器的阻尼和刚度随着外加电场的增强而增大，宏观表现为减振系数随着外加电场增加而增大，并且在高频段的减振效果比中低频段减振效果好；挤压式减振器的阻尼和刚度同样受到外加电场控制，在某个固定激励频率工作时，存在一最优工作电场使得减振系数达到最大值，并且在低频段，挤压式减振器的减振性能比中高频段都要好；并通过实验验证了剪切式电流变弹性体减振器有限元建模及模态分析的正确性。
钟银辉[5]2008年在《汽车磁流变减振器的分析与设计》文中进行了进一步梳理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。
刘小英, 黄德修, 龚荣洲[6]2003年在《电磁场作用下控制阀外置的双筒液力减振器的理论与实验研究》文中指出介绍了控制阀外置的新型汽车双筒液力减振器的工作原理 ,对电场与磁场同时作用下减振器的速度特性进行了理论分析与实验研究。新型汽车双筒液力减振器的阻尼力由两部分组成 ,一部分是与电极的几何结构、液体的粘度以及流速相关的粘性阻力 ,另一部分是与电场、磁场强度成正比的剪切应力。通过调节电场与磁场强度可实现阻尼力的自动调节与控制 ,电磁场作用下的最大阻尼力是无电磁场作用时的两倍 ,满足了车辆振动控制的要求
钱学朋[7]2014年在《基于振动的压电材料的能量采集特性分析》文中进行了进一步梳理科技的发展带来了工业的巨大进步，同时也带来了环境的污染。车辆等交通工具的振动噪声、大型机械的工作噪声给人们带来了不舒适，严重影响了人们的健康。随着智能材料的研究与应用愈来愈广泛，压电材料和电流变材料，均有响应速度快、电控性能好、无电磁干扰的良好性能，在振动控制和减噪方面也引起了人们的重视。同时这些噪声作为振动能，也是一种再生的可利用能源。将空气中的振动能转化或收集并加以利用也成为科学家们的一个关注方向。压电材料将振动能转化成电能的功率虽然不高，但伴随着小功率器件的发展，功耗也不断降低，其在能量采集方面应用平台越来越多。本文研究了两种基于振动的压电材料的能量采集装置：d31式——悬臂梁型和d33式——圆柱型。在对两种类型压电振子有限元仿真的基础上，进行了能量采集装置的结构设计及实验分析。具体研究内容如下：1、总结了压电能量采集研究技术的现状，包括压电结构的研究、压电理论的研究、压电电路的设计，并推导了压电结构产生电压的一般表达式。2、利用有限元分析软件ANSYS对悬臂型和圆柱型压电振子进行了静态分析和模态分析，获得了两种压电振子的固有频率和振型，并研究了压电振子尺寸对结构和发电性能的影响。3、针对两种压电振子的振动形式分别为d31和d33，制作了两类不同的夹具体，从而组成了两种不同的压电能量采集装置，分别对它们的发电性能进行了实验性能测试。4、对两种形式能量采集装置的应用分别进行了研究。利用d31式-悬臂梁型能量采集装置点亮二极管；利用d33式-圆柱型能量采集装置为电流变液供电，可以发现改变了电流变液结构，首次完成了压电材料为电流变材料供能的可视化实验验证。并设计了几种压电材料与电流变材料结合的自供能减振器。
罗奇[8]2016年在《非均匀电场下电流变液动力学仿真与实验研究》文中指出电流变液是一种流变特性可受外电场调控的新型智能材料,而电流变效应则是对电流变液在外电场作用下其表观粘度发生巨大变化的描述。经过数十年的探索研究,至今仍然没有一项基于电流变材料的成熟产品进入市场。究其原因,主要还是对电流变液在外电场作用下的各种力学性能表征及其内在的机理研究不够透彻,特别是对多场(电场、流动场及剪切场等)耦合作用下的力学性能与场致亚微观结构的动态耦合关系的理解还不够深入。本文针对当前电流变液研究中对非均匀电场下电流变液动力学研究缺乏这一现状,从理论和实验研究这两个方面开展研究工作,通过数值模拟仿真结合实验验证的方法研究了电流变液在非均匀电场下的动力学行为特性。首先,运用电流变液动力学基本方程,分别计算分析了非均匀电场下动力学过程中,电流变颗粒所受力中对电流变液场致亚微观结构演变影响最主要的力;并根据电动力学、流体力学等理论,结合电流变液基本控制方程,建立了非均匀电场与流动场(压力梯度场)的耦合场下电流变液动力学仿真模型。其次,利用有限元方法对静态和动态非均匀电场下电流变颗粒的瞬态运动情况进行了数值模拟仿真,探讨了在非均匀电场与流动场耦合作用下电流变液场致亚微观结构与力学性能的动态耦合关系。最后,根据实验要求配置了实验用电流变液,并对其进行了力学性能测试分析;利用可视化实验系统对非均匀电场下电流变液动力学进行了可视化实验研究,即单一场(交流场)和耦合场(交流场、压力梯度场等)作用下电流变液的动态响应,以及不同影响因子对电流变效应的影响。
邹屹[9]2009年在《基于电流变材料的减振器设计及控制策略的研究》文中研究说明电流变材料具有屈服应力大、响应速度快、能耗低、显着的流变效应、对污染不敏感等特点,逐渐成为了新型减振器的首选材料。电流变减振器是根据电流变材料具有电流变效应的特性,通过电场来控制电流变流体的流动特性,以实现阻尼力控制。而产生连续可控的阻尼力可以实现车辆良好的乘坐舒适性和操纵平稳性,这是电流变技术应用中的一个研究热点。这与通过改变阻尼通道面积的来控制减振器的阻尼力传统的半主动减振器原理截然不同。开创了半主动减振器研究的新思路,具有重要的研究意义和广泛的应用前景。本文从应用研究的角度出发,以电流变液减振器及汽车电流变半主动悬架控制策略的设计为研究重点,在以下几个方面进行了研究:1.电流变液体的分析。介绍电流变效应及主要的影响因素;介绍了电流变液体的力学性能,分析了各种组成成分在电流变液体中的作用及其对电流变液体性能的影响;从工程应用角度提出并分析了电流变液体的力学性能要求并制备出一种电流变液体,进行了相应的力学性能测试。2.电流变液减振器的设计。应用流体力学理论,根据Newton流体或Bingham流体的本构方程,利用环形通道模型和平板模型推导出电流变减振器的流变学方程和阻尼力计算公式。根据电流变液减振器混合工作模式,设计出一种结构简单的电流变液减振器,对影响减振器性能的主要结构参数进行了分析,并在振动台上对减振器进行了加速度特性实验,来验证减振器的减振效果。3.电流变半主动悬架模糊控制策略的设计及仿真。首先建立四分之一车二自由度悬架数学模型和道路模型,并推导出悬架动力学方程和状态方程。设计出汽车电流变半主动悬架模糊控制器,利用Matlab/Simulink建立了动态模型,并进行计算机仿真,与被动悬架就簧载质量加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷这些性能指标进行了对比分析。分析结果证明了半主动悬架系统比传统的被动悬架具有更好的减振性能,同时也说明了该控制策略可行,能够明显地改善汽车行驶的平顺性和操纵的稳定性。
尹逊亮[10]2014年在《经济型轿车电流变自动离合器集成设计研究》文中研究说明电流变自动离合器（ER Automatic Clutch）是一种较为新型的自动离合器，具有使用寿命长、可控性好等优点，其研发对促进经济型轿车AMT的发展具有重要意义。本文结合吉林省科技厅重点科研项目——“经济型轿车电流变自动离合器研究”，进行了经济型轿车电流变自动离合器的集成设计研究，主要内容如下：本文首先分析了电流变效应的应用、机理和其力学模型，在此基础上建立了剪切模式下圆盘式和圆筒式电流变自动离合器的转矩传递模型，并对同心圆筒式结构的传递转矩、传动效率、调速范围、可控系数的影响因素进行了分析；配制了铬离子改性氧化钛/丙烯酰胺纳米电流变液，并通过性能实验得到其剪切应力随电场强度变化的拟合曲线。接着通过对平行圆盘式和同心圆筒式两种典型电流变自动离合器的结构进行对比分析，确定本研究所采用的结构形式；分析了多筒式同心圆筒式结构的设计参数对其传递转矩和转动惯量大小的影响，并对设计参数进行了优化设计分析；结合变速器壳体的结构特点、电流变液体的力学特性及经济型轿车对传递转矩的要求，完成基本传动机构的设计。然后进行了控制机构及辅助机构的分析与设计，控制机构包括锁止装置、减速装置和电场调节装置，辅助机构包括扭转减振装置、充放液装置和冷却装置；在对各机构研究设计的基础上，完成电流变自动离合器的集成设计，并详细讲述了电流变自动离合器的工作过程。最后利用Matlab/Simulink建立整车仿真模型，包括发动机模型、电流变自动离合器转矩传递模型、电流变液体转矩传递模型和行驶阻力模型，对汽车起步过程离合器的输出特性进行仿真分析；制作了平行圆盘式和同心圆筒式电流变自动离合器的原理样机，并针对其静特性、工作稳定性和滑磨特性分别进行了台架实验。本文研究的电流变自动离合器，有利于克服现有AMT中干式摩擦离合器的缺点，提高与改善离合器的控制特性和使用性能，推进经济型轿车AMT的产业化、商品化，而且不仅适用于乘用车AMT系统，也适用于客车AMT系统及商用车AMT系统，为电流变自动离合器的设计开发奠定了基础，对其应用与推广也有一定的指导意义和实际价值。
参考文献：
[1]. 电流变减振器结构与控制研究[D]. 孙民. 吉林大学. 2016
[2]. 自供能电流变弹性体减振器的设计与实验研究[D]. 雷先华. 湘潭大学. 2015
[3]. 电流变减振器理论与实验研究[D]. 陈永光. 重庆大学. 2002
[4]. 电流变弹性体减振器的结构设计与实验研究[D]. 张全富. 湘潭大学. 2012
[5]. 汽车磁流变减振器的分析与设计[D]. 钟银辉. 重庆工学院. 2008
[6]. 电磁场作用下控制阀外置的双筒液力减振器的理论与实验研究[J]. 刘小英, 黄德修, 龚荣洲. 中国机械工程. 2003
[7]. 基于振动的压电材料的能量采集特性分析[D]. 钱学朋. 湘潭大学. 2014
[8]. 非均匀电场下电流变液动力学仿真与实验研究[D]. 罗奇. 湘潭大学. 2016
[9]. 基于电流变材料的减振器设计及控制策略的研究[D]. 邹屹. 扬州大学. 2009
[10]. 经济型轿车电流变自动离合器集成设计研究[D]. 尹逊亮. 吉林大学. 2014
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