冲击载荷下磁流变缓冲器流场分布及其对缓冲性能影响研究

摘要

为提高汽车碰撞安全性，保护驾乘人员，研发具有变刚度、阻尼可调以及高校吸能特性的缓冲装置成为众多专家学者的研究焦点。以磁流变材料为流通介质的磁流变缓冲器具有阻尼力可调节、响应速度快、结构简单、能耗低等特点，在高速碰撞缓冲领域有着良好的应用前景。磁流变材料以及磁流变缓冲技术的不断发展，为磁流变缓冲技术在汽车碰撞安全领域的应用提供了新的方向和可能性，对磁流变缓冲器的研究，在汽车碰撞安全领域具有重要的学术价值和现实意义。但是对磁流变缓冲装置的研究仍然存在一些问题，比如吸能方式单一、磁场利用率低、缺乏通用性的缓冲性能评价指标、缓冲性能影响因素不明确等。为了明确缓冲性能影响因素，为磁流变缓冲器的性能优化提供理论依据，本文根据磁流变胶泥材料的材料特性以及磁流变缓冲装置的工作原理，对磁流变缓冲器内部流场分布情况进行了分析，并且明确了流场分布对磁流变缓冲器缓冲性能的影响。
　　通过分析磁流变胶泥流变学特性，选用H-B模型表征磁流变胶泥流变特性，并在此基础上对通道内部磁流变胶泥流场分布进行了力学分析，明确了流场分布影响因素，并通过有限元仿真进一步明确各因素对流场分布的具体影响。根据缓冲器工作原理，建立了缓冲器的动力学模型进行仿真，通过试验的方法获取外部冲击信号并对仿真模型进行验证与优化，获取合理的动态缓冲过程。以动力学仿真结果为依据进行流场分析，明确流场分布对缓冲性能的影响。
　　通过研究发现，影响流场分布的主要因素包括:外部冲击速度（入口流速）、通道结构参数以及磁场强度，在通道结构参数中圆管通道半径、圆盘通道高度对流场分布的影响最为明显。与此同时，在不考虑波纹管影响的情况下，通道内部流场分布情况对缓冲性能具有明显影响:通道峰值流速越小，压力场分布越均匀，峰值压强越小，则峰值冲击传递力越小，最大冲击变形量越大，冲击力削减率越小，反之亦然。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景和意义

1．2 冲击荷载下磁流变缓冲装置研究现状

1．2．1 汽车碰撞磁流变缓冲器研究现状

1．2．2 武器装备反后坐缓冲磁流变缓冲器研究现状

1．2．3 磁流变缓冲器流场分布研究现状

1．3 本文主要研究内容

1．4 研究方法与技术路线

1．4．1 研究方法

1．4．2 技术路线

1．5 本章小结

第二章 磁流变缓冲器通道流体力学分析

2．1 磁流变胶泥流变学特性

2．1．1 磁流变流体本构模型

2．1．2 磁流变胶泥本构模型

2．2 通道内部流场力学分析

2．2．1 圆管通道流场力学分析

2．2．2 圆盘通道流场力学分析

2．2．3 环间流动分析

2．2．4 流场分布影响因素

2．3 本章小结

第三章 磁流变缓冲器流场分布及其影响因素研究

3．1 通道结构参数

3．2 流场分布仿真分析

3．3 流场分布影响因素研究

3．3．1 冲击速度对流场分布影响研究

3．3．2 圆管通道结构参数对流场分布影响

3．3．3 圆盘通道结构参数对流场分布研究

3．3．4 环形通道结构参数

3．3．5 磁场强度对流场分布的影响

3．4 本章小结

第四章 磁流变缓冲器动力学数值模拟分析

4．1 磁流变缓冲器力学分析

4．2 动力学数值模拟分析

4．3 磁流变缓冲器冲击试验

4．3．1 试验系统

4．3．2 试验方案

4．3．3 实验结果分析

4．4 动力学模型验证与优化

4．5 本草小结

第五章 流场分布对缓冲性能影响研究

5．1 缓冲器性能评价指标

5．2 缓冲器性能影响因素研究

5．2．1 冲击速度对缓冲性能影响

5．2．2 结构参数对缓冲性能影响研究

5．2．3 磁场强度对缓冲性能影响研究

5．3 流场分布对缓冲吸能的影响

5．3．1 速度场分布对缓冲性能的影响

5．3．2 压力场分布对缓冲性能的影响

5．4 本章小结

第六章 总结与展望

6．1 主要结论

6．2 展望

致谢

参考文献

在校期间发表的论著及取得的科研成果