本文關(guān)鍵詞：剪切模式下磁流變液層間傳力特性研究

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【摘要】：磁流變器件(Magnetorheological Device, MRD)傳動(dòng)的工作原理是以磁流變液(Magnetorheological fluid, MRF)為工作介質(zhì),其動(dòng)力和運(yùn)動(dòng)形式是靠?jī)蓚�(gè)傳動(dòng)界面之間的磁流變液來傳遞,通過調(diào)節(jié)電磁線圈的電流大小,從而控制磁流變效應(yīng)的強(qiáng)度,實(shí)現(xiàn)磁流變液剪切應(yīng)力無級(jí)調(diào)節(jié)。磁流變傳動(dòng)作為一種新型的動(dòng)力傳動(dòng)形式,它不僅具有控制方便、能耗小、反應(yīng)迅速(毫秒量級(jí))的特點(diǎn),而且外部環(huán)境的改變對(duì)其影響非常小。因此,磁流變傳動(dòng)技術(shù)廣泛地運(yùn)用于機(jī)器傳動(dòng)部分的無級(jí)調(diào)速、執(zhí)行部分的過載保護(hù)、機(jī)電設(shè)備的軟啟動(dòng)和軟制動(dòng)等方面。針對(duì)目前國(guó)內(nèi)外在磁流變傳動(dòng)技術(shù)領(lǐng)域研究的不足,本文通過以下幾個(gè)方面展開研究。1.剪切模式下磁流變液層間傳力理論計(jì)算模型的建立分別利用經(jīng)典偶極子模型、局部偶極子模型和有限元模型對(duì)鏈中各個(gè)鐵磁性顆粒受力進(jìn)行分析計(jì)算,并在此基礎(chǔ)上分析比較了三種模型,結(jié)合本文的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容,建立了剪切模式下磁流變液層間傳力理論計(jì)算模型。2.剪切模式下磁流變液層間傳力特性實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)分析了三種線圈布置方式(線圈外置式、線圈內(nèi)置式、線圈旁置式)以及三種傳動(dòng)形式(圓盤傳動(dòng)、圓柱傳動(dòng)、圓筒傳動(dòng)),選擇線圈布置方式為線圈外置式,傳動(dòng)形式為圓盤傳動(dòng)形式；比較了兩種加熱方式(加熱箱加熱、鍍鋁加熱器加熱)的優(yōu)缺點(diǎn),選擇加熱方式為鍍鋁加熱器加熱；給出磁回路的基本結(jié)構(gòu),分析確定了磁回路中的各段材料,通過計(jì)算得到線圈的安匝數(shù)NI=1025A,線圈的匝數(shù)N=2050匝;計(jì)算得到電磁線圈橫截面直徑d=0.8mm,單位長(zhǎng)度上的平均匝數(shù)n1=11.9匝/cm,單位厚度上的平均層數(shù)門,=10.87匝/cm。3.剪切模式下磁流變液層間傳力特性仿真模型的建立及磁場(chǎng)仿真根據(jù)本文實(shí)驗(yàn)的基本要求,給出仿真的條件,建立磁流變液層間傳力特性研究裝置的仿真模型,對(duì)裝置的磁場(chǎng)分布展開仿真分析。在仿真分析過程中分別將探測(cè)頭放置在磁流變液所在空間的不同位置進(jìn)行仿真,并對(duì)各個(gè)位置的磁場(chǎng)分布進(jìn)行對(duì)比分析。4.剪切切模式下磁流變層間傳力特性實(shí)驗(yàn)裝置的搭建及測(cè)試設(shè)計(jì)了剪切模式下磁流變液層間傳力特性實(shí)驗(yàn)裝置的結(jié)構(gòu)原理圖和實(shí)物圖,分析了各個(gè)模塊的內(nèi)部組成以及它們之間的關(guān)系；制造并搭建實(shí)驗(yàn)研究裝置,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟,對(duì)轉(zhuǎn)盤在不同位置進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,并對(duì)每一位置中的三個(gè)變量進(jìn)行分塊實(shí)驗(yàn),得出數(shù)據(jù)。5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析在磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)所組成的復(fù)合場(chǎng)的作用下測(cè)試了剪切模式下磁流變層間傳力特性,建立了剪切模式下磁流變液層間傳力特性曲線,并結(jié)合理論分析,在鐵磁性顆粒達(dá)到磁化均勻的情況下,其剪切屈服應(yīng)力的層間輸出特性呈對(duì)稱分布,其對(duì)稱面是沿磁流變液所在空間高度方向上的中間平面,形成一個(gè)中間高且逐漸向兩頭降低的磁流變液剪切屈服應(yīng)力轉(zhuǎn)盤所在位置特性曲線,并結(jié)合理論分析對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果展開討論。由三種理論模型所得結(jié)果可知：在弱磁場(chǎng)作用下,偶極子邊界理論模型計(jì)算所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值的誤差最小,在-1.5%-1%之間,說明在實(shí)驗(yàn)值上下波動(dòng)；局部場(chǎng)偶極子理論模型計(jì)算所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值的誤差范圍在2.5%-4%之間,說明理論值總體大于實(shí)驗(yàn)值；由經(jīng)典偶極子理論模型計(jì)算所得值與實(shí)驗(yàn)值的誤差范圍在-2.5%-1%之間,說明在實(shí)驗(yàn)值上下波動(dòng),并且波動(dòng)的范圍較大。在強(qiáng)磁場(chǎng)作用下,由偶極子邊界理論模型計(jì)算所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值的誤差最小,在-0.4%-0.2%之間,說明在實(shí)驗(yàn)值上下波動(dòng)；而局部場(chǎng)偶極子理論模型計(jì)算所得結(jié)果與實(shí)驗(yàn)值的誤差范圍在-1.4%-0.6%之間,說明在實(shí)驗(yàn)值上下波動(dòng),并且波動(dòng)的范圍較大；經(jīng)典偶極子理論模型計(jì)算所得值與實(shí)驗(yàn)值的誤差范圍在-2.8%-1.6%之間,說明在實(shí)驗(yàn)值上下波動(dòng),并且波動(dòng)的范圍最大。
【關(guān)鍵詞】：磁流變液 復(fù)合場(chǎng) 剪切屈服應(yīng)力 層間傳力 磁化均勻
【學(xué)位授予單位】：浙江師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TH139
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 緒論11-23
• 1.1 選題背景及研究意義11-13
• 1.2 磁流變液的組成與磁流變傳力概述13-16
• 1.2.1 磁流變液的組成13-15
• 1.2.2 磁流變傳力概述15-16
• 1.3 磁流變液的性能評(píng)價(jià)指標(biāo)及其影響因素16-18
• 1.3.1 表觀粘度16-17
• 1.3.2 剪切屈服應(yīng)力17
• 1.3.3 工作溫度范圍17
• 1.3.4 響應(yīng)時(shí)間17-18
• 1.4 國(guó)內(nèi)外磁流變液傳力特性研究現(xiàn)狀18-20
• 1.4.1 國(guó)內(nèi)磁流變液傳力特性研究現(xiàn)狀18-19
• 1.4.2 國(guó)外磁流變液傳力特性研究現(xiàn)狀19-20
• 1.5 本文的創(chuàng)新點(diǎn)20
• 1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容20-23
• 第2章 磁流變液層間傳力計(jì)算模型23-41
• 2.1 磁流變效應(yīng)理論介紹23-24
• 2.1.1 相變理論24
• 2.1.2 場(chǎng)致偶極矩理論24
• 2.2 磁流變液顆粒間作用力計(jì)算模型24-31
• 2.2.1 經(jīng)典偶極子模型25-27
• 2.2.2 局部場(chǎng)偶極子模型27-29
• 2.2.3 有限元理論模型29-30
• 2.2.4 三種磁流變液顆粒作用力計(jì)算理論模型的比較30-31
• 2.3 偶極子邊界計(jì)算模型31-38
• 2.3.1 弱磁情況目標(biāo)顆粒受力分析34-38
• 2.3.2 強(qiáng)磁情況目標(biāo)顆粒受力分析38
• 2.4 本章小結(jié)38-41
• 第3章 剪切模式下磁流變液層間傳力特性實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)41-53
• 3.1 磁場(chǎng)控制系統(tǒng)41-42
• 3.2 傳動(dòng)裝置結(jié)構(gòu)形式的設(shè)計(jì)42-44
• 3.3 溫控系統(tǒng)設(shè)計(jì)44-46
• 3.4 磁路設(shè)計(jì)46-49
• 3.4.1 導(dǎo)磁材料的選擇以及磁路分布式的設(shè)計(jì)47-48
• 3.4.2 磁路的計(jì)算與分析48-49
• 3.5 電磁線圈的設(shè)計(jì)49-51
• 3.5.1 電磁線圈橫截面直徑49-50
• 3.5.2 單位長(zhǎng)度上的平均匝數(shù)和單位厚度上的平均層數(shù)50-51
• 3.6 本章小結(jié)51-53
• 第4章 實(shí)驗(yàn)裝置磁場(chǎng)的仿真分析53-59
• 4.1 電磁場(chǎng)基本理論53-54
• 4.1.1 安培環(huán)路定律53
• 4.1.2 法拉第電磁感應(yīng)定律53-54
• 4.1.3 高斯電通定律54
• 4.1.4 高斯磁通定律54
• 4.2 磁場(chǎng)分布仿真分析54-58
• 4.2.1 定義單元類型及材料屬性55
• 4.2.2 建立幾何模型55-56
• 4.2.3 賦予材料屬性以及劃分網(wǎng)格56
• 4.2.4 施加電流密度以及邊界條件56-57
• 4.2.5 磁場(chǎng)仿真結(jié)果57-58
• 4.3 本章小結(jié)58-59
• 第5章 剪切模式下磁流變液層間傳力特性實(shí)驗(yàn)研究59-69
• 5.1 實(shí)驗(yàn)裝置59-60
• 5.2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟60-66
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備60-62
• 5.2.2 剪切屈服應(yīng)力與磁場(chǎng)的關(guān)系實(shí)驗(yàn)62-63
• 5.2.3 剪切屈服應(yīng)力與剪切速率的關(guān)系實(shí)驗(yàn)63-65
• 5.2.4 剪切屈服應(yīng)力與溫度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)65-66
• 5.3 本章小結(jié)66-69
• 第6章 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析69-81
• 6.1 剪切屈服應(yīng)力與磁感應(yīng)強(qiáng)度的實(shí)驗(yàn)研究69-70
• 6.2 剪切屈服應(yīng)力與剪切速率的實(shí)驗(yàn)研究70-72
• 6.3 剪切屈服應(yīng)力與溫度的實(shí)驗(yàn)研究72-73
• 6.4 剪切屈服應(yīng)力與轉(zhuǎn)盤所在位置的實(shí)驗(yàn)研究73-79
• 6.5 三種理論模型計(jì)算值與實(shí)驗(yàn)值的比較分析79-81
• 第7章 總結(jié)及展望81-83
• 7.1 總結(jié)81-82
• 7.2 展望82-83
• 參考文獻(xiàn)83-87
• 攻讀學(xué)位期間取得的研究成果87-89
• 致謝89-93

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