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磁流变制动器性能仿真与实验研究

磁流变制动器性能仿真与实验研究

作者：李东恒东北大学

学位级别：硕士

磁流变液是一种新型智能材料,其流变特性可以通过施加磁场而迅速改变,这种快速的流变响应性使其在近年来得到进一步重视和研究,并被广泛应用在工业领域。与此同时,传统的液压制动CHB(Conventional Hydraulic Brakes)系统由于其自身结构... 详细信息

磁流变液是一种新型智能材料,其流变特性可以通过施加磁场而迅速改变,这种快速的流变响应性使其在近年来得到进一步重视和研究,并被广泛应用在工业领域。与此同时,传统的液压制动CHB(Conventional Hydraulic Brakes)系统由于其自身结构特性等因素,具有一定的先天缺陷,比如响应延迟、刹车片磨损、需配备一定附属结构(比如液压泵、输油管和储液罐等)等,这些都会增加制动系统的成本和质量。而由于磁流变液自身良好的流变特性,使得磁流变制动器恰好解决了传统液压制动器的应用痛点,因此对磁流变液制动器的开发和研究就具有十分重要的现实意义和经济价值。本文主要针对磁流变制动器进行仿真实验研究,包括基于不同磁流变液本构方程的制动力矩数学模型建立、磁流变制动器电磁场仿真、温度场仿真及磁流变制动器制动盘摩擦磨损实验研究等。本文主要围绕磁流变制动器展开深入研究,论文的主要研究内容包括:(1)根据相关资料文献,对磁流变液发展现状及磁流变制动器的国内外研究进展进行系统阐述,同时对磁流变液的磁流变效应及影响磁流变性能的因素进行分析总结。(2)基于国外学者提出的磁流变液的Herschel-Bulkey和Bingham流变本构方程,分别建立盘式和筒式磁流变制动器的输出力矩模型,同时对制动器动力学进行分析。(3)设计一种工作间隙可调的盘式磁流变制动器,基于该型制动器对于工作间隙尺寸及电流强度对工作间隙内磁流变液磁场强度影响进行仿真研究。同时,采用现有的试验台进行实验验证。(4)基于间隙可调式磁流变制动器,进行温度场有限元仿真。旨在计算出不同工况下磁流变制动器的温度场分布状态,随后在试验台上基于K型热偶和Arduino Mega 2560单片机建立多路温度采集系统并进行实验验证,为未来磁流变制动器结构优化提供一定的参考依据。(5)基于间隙可调式磁流变制动器,对磁流变液对于磁流变液制动盘摩擦磨损进行实验研究,通过天平进行磨损量称量,同时采用扫描电镜(SEM)技术对摩擦磨损机理进行深入研究和分析。

关键词：磁流变液磁流变制动器有限元分析摩擦磨损实验 SEM

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当代美术馆空间形式探究

当代美术馆空间形式探究

作者：李东恒深圳大学

学位级别：硕士

当代社会对观展的需求和现代主义功能至上的传统展示空间组织方式之间是存在矛盾的。当代艺术的交互化、多元化、观众行为的自发化都触发了展示空间组合方式的改变。首先通过对一定传统空间组织方式的归类,引出与当代艺术观展需求的矛... 详细信息

当代社会对观展的需求和现代主义功能至上的传统展示空间组织方式之间是存在矛盾的。当代艺术的交互化、多元化、观众行为的自发化都触发了展示空间组合方式的改变。首先通过对一定传统空间组织方式的归类,引出与当代艺术观展需求的矛盾。通过对美术馆案例的分析,对当代的展览空间设计特征进行分析,并对展示空间及界面的设计方法进行总结。

关键词：空间界面动态性非线性关联性复合化

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真空灭弧室杯状纵磁触头电磁与机械特性研究

真空灭弧室杯状纵磁触头电磁与机械特性研究

作者：李东恒大连交通大学

学位级别：硕士

真空断路器作为控制和保护设备广泛应用于中压配电系统中,对电网系统的正常运营有着重要影响。真空灭弧室作为断路器的熄弧与通流单元,其工作性能对断路器的综合性能有着决定性影响。近年来随着对SF气体的使用限制以及磁控技术在真空灭... 详细信息

真空断路器作为控制和保护设备广泛应用于中压配电系统中,对电网系统的正常运营有着重要影响。真空灭弧室作为断路器的熄弧与通流单元,其工作性能对断路器的综合性能有着决定性影响。近年来随着对SF气体的使用限制以及磁控技术在真空灭弧室触头结构设计上的广泛应用,向着高电压、大容量等级方向发展真空开关已成为该行业研究人员的共识。因此为使触头在自身体积保持不变的前提下能够开断更高等级的电流,有诸多学者针对触头结构对触头电磁场特性影响方面进行了大量研究工作。但是影响真空灭弧室工作性能的不仅只有触头的电磁性能,在真空灭弧室合闸过程中,当操动机构合闸冲击速度过大时,触头往往会承受较大的合闸冲击,若触头结构设计不当,经多次合闸操作后,触头极有可能产生疲劳破坏。因此在对触头结构设计时不应仅考虑某一方面的性能使其达到最优,应从综合角度分析触头结构对灭弧室电磁性能及机械性能各方面的影响。为分析灭弧室内部结构对其绝缘性能的影响,本文首先根据经验公式确定了灭弧室的总体结构尺寸,然后搭建了灭弧室二维模型,分析主屏蔽罩对灭弧室电场分布的影响。然后针对主屏蔽罩的厚度、直径以及裙边角度等结构参数进行优化改进;最后分析不同屏蔽罩材料下灭弧室的绝缘性能。为分析触头结构对燃弧期间开距内磁场特性的影响,本文运用虚拟样机技术建立真空灭弧室触头结构三维有限元模型,采用Ansoft Maxwell计算了燃弧阶段弧隙内的磁场分布特性,得到触头结构上电流密度分布、纵向磁场分布以及剩余磁场滞后时间分布。并在此基础上讨论了触头开槽数、触头片开槽长度、杯座旋转角度以及铁芯类型对触头磁场特性的影响。为计算触头在合闸冲击下的机械性能,本文建立了VS1型真空断路器操动机构刚体动力学仿真模型,对断路器合分闸过程中触头的动态特性进行了计算;在此基础上分析了各弹簧参数及触头质量对触头合分闸运动特性的影响;然后建立了杯状纵磁触头三维接触模型,利用非线性显示动力学分析软件LS-DYNA对触头合闸冲击碰撞过程进行了模拟,得到触头结构在合闸冲击作用下各时刻的应力应变;并分析了不同合闸速度、触头簧预压力下触头间碰撞力的变化趋势,从而为降低触头合闸碰撞现象提出相应的改进措施。然后在nCode软件中建立真空灭弧室触头结构疲劳寿命分析流程,通过将应力应变计算结果与nCode软件耦合,预测出触头结构疲劳寿命及其危险区域。同时为避免触头开槽数量,杯状旋转角度等触头结构参数改变而对触头的磁场特性造成影响,本文在此基础上仅通过改变触头支撑盘结构对触合闸冲击下的疲劳寿命进行了优化。最终归纳出真空灭弧室杯状纵磁触头优化设计规律,为实际灭弧室产品设计开发工作提供理论支持。

关键词：真空灭弧室纵向磁场合闸冲击疲劳寿命结构优化

12kV真空灭弧室触头电动斥力计算与结构优化

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高电压技术 2022年第9期48卷 3602-3611页

作者：董华军孙鹏李东恒陈培军大连交通大学机械工程学院大连116028 国家电网平高集团有限公司平顶山467001

在真空灭弧室合分闸过程中,动静触头间产生的电动斥力会加剧触头弹跳现象,引起高温电弧烧蚀触头,从而影响到真空灭弧室的工作性能。文中运用虚拟样机技术建立真空灭弧室触头结构三维有限元模型,并引入圆柱状导电桥模型作为接触点模拟触... 详细信息

在真空灭弧室合分闸过程中,动静触头间产生的电动斥力会加剧触头弹跳现象,引起高温电弧烧蚀触头,从而影响到真空灭弧室的工作性能。文中运用虚拟样机技术建立真空灭弧室触头结构三维有限元模型,并引入圆柱状导电桥模型作为接触点模拟触头间的电流收缩现象,采用电磁场仿真软件Ansoft Maxwell计算出动静触头间电动斥力;并对触头结构进行优化以减小触头间电动斥力。计算结果表明:触头闭合时洛伦兹力与霍尔姆力方向相反,存在一个合适的接触力能够使触头的总电动斥力降低至0N;灭弧室触头产生的电动斥力随着杯座开槽个数、杯指回旋角度、触头片开槽长度增加而减小;在4种铁芯结构触头中,环状铁芯优化效果较好,既可有效减小触头间电动斥力,同时也能改善触头的磁场特性。

关键词：电动斥力导电桥电磁场分布真空灭弧室结构优化

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珍珠囊补遗药性赋

12kV真空灭弧室触头合闸冲击下疲劳寿命研究

1958年

作者：（元）李东恒（明）李士材编

来源：汇雅图书（南通市图书馆... 评论

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电工技术学报 2022年第15期37卷 3981-3988页

作者：董华军李东恒钟建英朱晔郭方准大连交通大学机械工程学院大连116028 平高集团有限公司平顶山467001

真空灭弧室合闸过程中,触头往往会承受较大的合闸冲击,在多次合闸操作后,触头极有可能产生疲劳破坏,从而影响真空灭弧室的工作性能。该文建立VS1型真空断路器操动机构动力学仿真模型,对断路器合闸过程中动触头动态特性进行计算;并利用... 详细信息

真空灭弧室合闸过程中,触头往往会承受较大的合闸冲击,在多次合闸操作后,触头极有可能产生疲劳破坏,从而影响真空灭弧室的工作性能。该文建立VS1型真空断路器操动机构动力学仿真模型,对断路器合闸过程中动触头动态特性进行计算;并利用三维非线性显示动力学分析软件LS-DYNA对杯状纵磁触头合闸冲击碰撞过程进行模拟,得到触头结构在合闸冲击作用下各时刻的应力应变结果;在nCode软件中建立真空灭弧室触头结构疲劳寿命分析流程,对触头结构疲劳寿命危险区域进行预测,并对支撑盘结构进行优化以提高触头结构疲劳寿命。结果表明:在冲击载荷作用下,杯状纵磁触头杯指及触头片开槽处会产生应力集中现象,易发生破坏;三种支撑盘结构中,凸台型支撑盘能使触头结构应力分布更加合理,可有效提高触头疲劳寿命。

关键词： VS1真空断路器真空灭弧室合闸冲击触头疲劳寿命

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作者： (元)李东恒 (明)李士材

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大电流真空电弧开断过程瞬态特性仿真分析

电机与控制学报 2024年第1期28卷 189-196页

作者：董华军程靖洲赵一鉴库照宇李东恒大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028

针对开断过程中传统稳态模型无法表征真空电弧动态特性问题,以工频电流下开断峰值为10 kA大电流真空电弧为研究对象,搭建等离子体弧柱区二维物理模型,在已有双温磁流体动力学稳态模型中引入密度、温度、压力及速度等流场参数时变项,同... 详细信息

针对开断过程中传统稳态模型无法表征真空电弧动态特性问题,以工频电流下开断峰值为10 kA大电流真空电弧为研究对象,搭建等离子体弧柱区二维物理模型,在已有双温磁流体动力学稳态模型中引入密度、温度、压力及速度等流场参数时变项,同时利用动网格技术控制弧柱区变化速率,模拟触头分闸过程,综合考虑电流及开距变化情况下等离子体各物理场参数变化,以获取开断时电弧微观流场瞬态特性,探究开断过程中电弧形态及能量变化。分析结果可知:离子压力、温度、电子温度和阳极表面能流密度均随动、静触头分离而减小;离子速度无明显变化;等离子体不断向外扩散,由于电流减小,金属蒸汽源也逐渐减少,极间等离子体密度降低,阳极尚未达到活跃程度,最终电弧熄灭。

关键词：真空电弧等离子体开断过程双温模型动态特性仿真分析

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考虑电动斥力的真空断路器刚柔耦合系统机械特性研究

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电机与控制学报 2023年第3期27卷 147-157页

作者：董华军孙鹏李东恒陈培军郭方准大连交通大学机械工程学院辽宁大连116028 平高集团有限公司河南平顶山467001

针对真空断路器分闸过程涉及到的灭弧室侧电磁力与操动机构侧机械运动的耦合计算问题,结合Mayr-Cassie混合式电弧模型、灭弧室电磁场模型以及操动机构刚柔耦合动力学模型提出一种断路器分断过程电-磁-机械动态特性耦合计算方法。基于真... 详细信息

针对真空断路器分闸过程涉及到的灭弧室侧电磁力与操动机构侧机械运动的耦合计算问题,结合Mayr-Cassie混合式电弧模型、灭弧室电磁场模型以及操动机构刚柔耦合动力学模型提出一种断路器分断过程电-磁-机械动态特性耦合计算方法。基于真空断路器分断过程动态特性计算结果,通过显式动力学方法对分闸过程中触头弹簧系统的冲击碰撞现象进行模拟计算,并结合应变寿命理论及Miner累计损伤理论计算触头弹簧结构的工作寿命,在此基础上对触头弹簧结构进行优化改进工作。研究结果表明:在断路器分闸过程中电动力方向并不总是为触头斥开方向,在超程阶段结束之前动触头承受的电动力为斥开方向,在超程结束后动触头承受电动力为闭合方向;在承受分闸冲击时,优化前的触头弹簧结构应力危险范围在弹簧销与导向套的接触界面处,应力数值为273.28 MPa,其疲劳寿命为2027次,优化后的触头弹簧结构疲劳寿命为12030次,满足断路器产品额定机械寿命的要求。

关键词：电动斥力电弧模型 VS1真空断路器分闸特性触头弹簧疲劳寿命