磁流变弹性体双转子自供电减振器结构设计与动力学特性分析

摘要

随着人们生活质量提高，汽车渐渐的走进了普通家庭，人们对汽车舒适性的要求越来越高。目前汽车减振器由于其刚度和阻尼大都固定，减振效果不可调，因此影响了驾乘舒适性。新型的减振器如磁流变减振器，虽然其刚度阻尼可以调节，但是密封要求比较高，无法满足当前的减振需求。汽车行驶中，受到路面激励产生振动，传统减振器将这些振动能量转化为热能，传递到到空气中。如果将振动能量回收利用，将降低汽车能耗。如何摆脱外界束缚，将自身吸收的振动能量转化为电能储存，并为磁流变减振器减振提供电能成为亟待解决的问题。
　　本课题旨在设计一种集减振和自供电于一体的减振器来解决上述问题，因此提出了基于磁流变弹性体的自供电双转子减振器方案，并对其进行结构设计、理论分析和仿真研究，具体研究内容如下:
　　1、比较分析了国内外减振器减振模块和自供电模块的研究现状;阐述了磁流变弹性体的发展历程并对几种主要运动转换方式进行了分析研究。
　　2、分析了磁流变弹性体的制作材料和制备工艺流程;结合磁流变弹性体两种工作模式优缺点，确定减振器采用挤压模式;针对磁流变弹性体进行模态仿真，得到前5阶固有频率，分析其特性;建立磁流变弹性体单自由度质量-弹簧-阻尼系统受追振动模型。
　　3、针对当前减振器刚度和阻尼不可调节的不足，提出一种基于磁流变弹性体的双转子自供电式减振器设计方案;阐述了系统各个模块的工作原理，并对各个模块的重要组成要素进行优选;理论分析了减振模块的磁路并对其进行了结构设计。
　　4、利用Ansoft Maxwell平台，对基于磁流变弹性体的双转子自供电减振器的减振模块进行有限元仿真，并分析了各部分结构磁场分布;分析系统各部件的磁场云图，对有磁场集中现象的结构进行优化;分析了不同圆角半径对铁芯磁场集中现象的规律，及不同电流和气隙下磁流变弹性体的磁感应强度，为减振器控制系统设计和结构优化提供了理论基础。
　　5、研究了振动对人体的影响和人体各个器官发生共振的敏感区域，用均方根的方法评价减振器的减振性能;理论分析了输入系统、振动系统以及输出系统;简化汽车复杂振动系统并建立了两自由度模型。
　　6、利用Matlab平台建立B级路面随机信号，作为Adams仿真的输入信号;利用Adams平台建立模型进行动力学仿真，研究了不同的电流强度下，位移和加速度均方根值的变化规律;进一步研究了在不同的车速下，位移和加速度均方根的变化趋势，得到磁流变弹性体减振器最优参数。

目录

论文说明

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 磁流变减振器减振模块研究现状

1．2．1 国外磁流变减振器减振模块研究现状

1．2．2 国内磁流变减振器减振模块研究现状

1．2．3 磁流变弹性体的发展

1．3 磁流变减振器自供电模块研究现状

1．3．1 国外磁流变减振器自供电模块研究现状

1．3．2 国内磁流变减振器自供电模块研究现状

1．3．3 发电模块的运动转换方式

1．4 课题研究内容及意义

1．4．1 课题研究内容

1．4．2 课题研究意义

1．5 本章小结

第2章 磁流变弹性体制备和单自由度振动模型

2．1 磁流变弹性体制备

2．1．1 基体材料

2．1．2 磁性粒子

2．1．3 添加剂

2．1．4 制备过程

2．2 磁流变弹性体工作模式

2．3 磁流变弹性体特性分析

2．3．1 固有频率

2．3．2 磁流变弹性体模态分析

2．4 磁流变弹性体单自由度模型

2．4．1 主动减振和被动减振

2．4．2 磁流变弹性体振动模型

2．5 本章小结

第3章 磁流变弹性体双转子自供电减振器结构设计

3．1 总体方案设计

3．2 工作原理

3．3 结构要素分析

3．3．1 减振模块重要组成要素

3．3．2 发电模块重要组成要素

3．4 减振模块磁路分析

3．4．1 磁路设计目的

3．4．2 磁路结构

3．4．3 磁路计算和尺寸的确定

3．5 减振器系统结构

3．6 本章小结

第4章 磁流变弹性体减振器磁场强度分析与结构优化

4．1 电磁场理论及有限元方法

4．1．1 电磁场有限元分析理论

4．1．2 有限元计算方法

4．1．3 电磁场有限元仿真及计算流程

4．2 三维磁场的建模与仿真

4．2．1 3D模型建立

4．2．2 3D模型解题程序及后置处理

4．2．3 3D模型结构优化

4．3 二维磁场建模与仿真

4．3．1 2D模型建立

4．3．2 2D模型解题程序及后置处理

4．3．3 2D模型结构优化

4．4 本章小结

第5章 磁流变弹性体减振器动力学特性参数分析

5．1 人体对振动的反应

5．2 振动评价标准

5．3 减振器系统刚度

5．4 系统输入

5．4．1 路面不平度功率谱密度

5．4．2 空间功率谱密度转换为时间功率谱密度

5．4．3 随机路面白噪声激励

5．5 振动系统

5．5．1 减振器弹性特性

5．5．2 减振器阻尼特性

5．5．3 非悬挂质量

5．6 两自由度振动系统模型建立

5．7 本章小结

第6章 磁流变弹性体减振器振动特性仿真分析

6．1 ADAMS动力学方程

6．2 模型及参数

6．2．1 模型建立

6．2．2 仿真参数确定

6．3 不同磁场下均方根值分析

6．4 不同车速下均方根值分析

6．5 本章小结

第7章 结论与建议

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间取得的科研成果