磁流变制动器多领域仿真优化设计及研制

作     者：喻军 

作者单位：杭州电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：李志华

授予年度：2014年

学科分类：082304[工学-载运工具运用工程] 08[工学] 080204[工学-车辆工程] 0802[工学-机械工程] 0823[工学-交通运输工程] 

主      题：磁流变液 磁流变制动器 有限元分析 仿真 优化设计 测试 

摘      要：磁流变制动器（Magnetorheological fluid brake）是随着对车辆线控系统（x-by-wire）的研究而产生的新型线控制动器，它是由新型智能材料磁流变液产生制动力矩的，磁流变液（magnetorheological fluids）在外加磁场作用下能实现牛顿流体状态与半固体或固体状态之间相互转换，并表现出可控的屈服强度。由于磁场可以通过电流控制，所以能提高制动响应速度，从而增加交通安全性。 磁流变液及其器件到现在已经取得了很大的进展，但是还有许多的难点和不足，因此，它的应用开发有待于进一步研究。本文主要对用于微型车的圆盘式磁流变制动器展开了以下内容的研究。 首先，综述了磁流变液及其器件的研究发展概况，并充分了解了磁流变液的流变特性和机理，明确了磁流变液的工作模式和性能影响因素。 其次，分析了磁流变制动器的功能和特点，结合磁流变液的经典理论和模型，选择了一款适宜车用制动器的磁流变液，并据此对磁流变制动器的制动力矩进行了推导。在阐明磁路设计的基本原理和注意事项后对磁路和外部控制电路进行了设计，对各元件材料进行了选择。 紧接着，对磁流变制动器的8个主要参数进行了设计，并通过有限元分析软件ANSYS对制动器原型进行了建模、求解和分析，证明磁路设计是合理的，并指出制动器的主要散热方式是空冷。 然后，基于APDL进行多学科仿真优化设计。建立了磁流变制动器优化设计的数学模型，并在ANSYS中进行了优化求解，通过与初始设计对比，说明优化设计得出的结果更加合理。基于优化结果，对磁流变制动器进行了结构实体设计和制造。 最后，为验证磁流变制动器的设计性能，设计并搭建了磁流变制动器性能测试实验台，并进行了电流与力矩关系实验。对比实验结果，表明所设计的圆盘式磁流变制动器结构较为合理，性能相对稳定，具有良好的应用前景。文章结尾对本文的研究工作和得出的结论进行了全面总结，并指出后续有待研究的几个问题。