多段轴向液流通道磁流变阻尼器结构优化设计及性能测试

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随着经济水平的不断发展,车辆已经成为现在生活中的必备交通工具,人们对车辆行驶性能的要求越来越高。磁流变阻尼器应用于车辆减振领域,一方面希望阻尼器输出阻尼力大以提高车辆平顺性,另一方面又希望阻尼力可调范围宽以增加乘坐舒适性,但是在阻尼器结构设计和汽车行驶过程中,这是相互矛盾的性能需求。故设计一种结构紧凑的具有良好阻尼性能的磁流变阻尼器对提升车辆整体性能有着重要的现实意义。因此本文提出了一种结构紧凑、性能稳定的多段轴向液流阻尼通道磁流变阻尼器,通过合理设计各部分结构、布置隔导磁零部件,增加液流通道数目,延长阻尼通道长度达到改善阻尼性能的目的。并在此基础上结合BP神经网络和粒子群算法进行结构尺寸参数优化,进一步提升其可控性能,拓宽实际应用场合。本文主要完成的研究内容包括:(1)设计了一种将线圈对称设置在阻尼器两端端盖处的多段轴向液流通道磁流变阻尼器。通过增加液流通道数量及改变液流通道分布,来延长有效阻尼通道长度,以期达到改善阻尼性能的目的。基于该阻尼器工作原理,对其磁路结构进行设计计算,确定各部件尺寸参数及材料属性,并推导了阻尼力数学模型。(2)利用ANSYS软件及MATLAB软件对所设计阻尼器的静态磁场特性和动力性能进行建模、仿真和分析。观察磁力线分布、有效阻尼通道内磁感应强度大小等情况,探究不同条件下仿真阻尼力与输入电流、振动频率和振幅之间的变化规律。仿真结果验证了初始结构设计的合理性和力学模型的准确性。(3)结合BP神经网络与粒子群算法对初始设计的多段轴向液流通道磁流变阻尼器进行结构尺寸优化。并利用田口正交试验法和有限元法进行试验训练组安排,对获得的仿真数据进行极差和方差分析,评估尺寸参数对性能指标的影响程度和影响规律。最后对比分析优化前后阻尼器的仿真阻尼性能,验证优化方法的有效性。结果表明:优化后的阻尼器拥有更优异的阻尼性能。(4)利用课题组的阻尼器测试系统,对优化前后的两个阻尼器样机进行动力性能测试,并对比分析试验结果得出有效结论,进一步验证理论设计的合理性和优化设计的可行性。试验结果表明:当加载电流为1A时,试验测得的优化后阻尼器的输出阻尼力为4.58k N,较优化前的2.69k N增加了1.89k N,优化后阻尼器的可调范围为12.1,较优化前的9.8增加了2.3。
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