基于Ansoft的磁流变减振器磁路设计与试验研究

磁流变减振器设计的核心内容之一是磁路设计,其减振性能的好坏与磁路设计息息相关。基于Bingham模型的本构阻尼力学模型,利用磁路欧姆定律进行磁路设计,并得到磁流变减振器具体的磁路参数。系统地分析了各结构材料的选择,基于有限元电磁场仿真软件Ansoft建立磁路仿真模型,分析各结构材料的磁饱和状态。仿真结果表明阻尼通道工作间隙处最先达到磁饱和。探究活塞总成不同的结构尺寸对磁流变减振器磁场分布的影响,结果表明阻尼通道工作间隙大小设计在0.8～1.5 mm之间,阻尼通道工作间隙的有效长度设计在6.25～8.25 mm之间,活塞外套厚度设计在2.75～3.75 mm之间比较合理。最后通过台架试验验证自制磁流变减振器磁路设计的可靠性,试验结果表明该结构磁流变减振器的减振性能良好。根据磁路设计理论并基于Ansoft有限元电磁场仿真软件验证的方法为磁流变减振器的磁路设计与后续结构优化提供了依据。     

一种电磁式集群磁流变电磁铁的结构设计及优化

合理的磁路结构及均匀的磁场强度是影响磁流变抛光效果的关键因素,基于电磁铁的特性并结合实验室提出的集群磁流变技术,设计了一种电磁式集群磁流变电磁铁。详细分析了集群磁流变电磁铁的结构设计,通过Ansoft有限元仿真对磁指长度、集群点阵的结构、集群点阵的间隙和集群点阵的深度进行仿真及优化。优化结果显示:磁指长度l=26mm,磁场区域可以实现由线域到面域;集群点阵为方形下凹,磁极表面磁场强度较大;集群点阵间隙为1mm、深度为2mm时,磁极表面可以获得比较均匀的面域磁场。     

基于有限元仿真的磁流变阻尼器性能研究

对双线圈活塞式磁流变阻尼器结构和工作原理进行分析,应用ANSYS软件对阻尼器磁场有限元仿真,证明励磁线圈电流异向时磁场的利用效率更高,并且建立电流异向时阻尼间隙磁感应强度和电流的函数表达式,结合阻尼力模型和磁流变液的材料特性,得出阻尼力关于电流值和活塞运动速度的理论关系。通过阻尼器台架试验,对理论关系进行验证,结果表明:理论值准确的描述了阻尼力变化规律。为磁流变阻尼器设计及改进提供方法。     

轴向磁化永磁微电机磁场分析及设计方法研究

在轴向磁化永磁电机设计中,为研究尺寸效应对其性能的影响,采用有限元方法对这种双转子电机的磁场进行了仿真计算,得出了轴向磁化永磁电机转子的气隙磁密波形分布。分析了转子外形尺寸、充磁极数、磁体厚度和气隙长度对气隙磁密的影响,即随着气隙长度的增加,充磁极数多的其气隙磁密幅值的减小幅度大于充磁极数少的;随着磁体厚度的增加,气隙磁密为一上升曲线,当磁体厚度达到某一点时,气隙磁密幅值基本为一常数;减小转子直径时,随着磁体厚度的降低,平均半径处气隙磁密幅值的减小幅度越来越不明显,但为不使气隙磁密波形变形严重,永磁转子径向长度需至少大于1.5 mm。磁场分析结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导作用。对计算结果做了理论分析,并将计算结果和实验结果进行了比较,计算值和实测值基本一致。     

磁流变阻尼器阻尼通道设计研究

磁流变阻尼器阻尼通道是影响阻尼器产生阻尼力大小的关键部位,基于有限元分析软件Ansys的流体和固体耦合计算技术,建立了活塞在缸内磁流变液中运动的数值计算模型,分析了活塞运动过程中缸内磁流变液的速度流场和压力分布状态,得出阻尼通道参数如何影响阻尼力的结论:阻尼力与阻尼通道间隙、线圈槽深成反比,与阻尼通道长度成正比,而线圈槽长的变化几乎不会引起阻尼力的变化;阻尼力的大小对阻尼通道间隙的改变最为敏感,对线圈槽长的变化最不敏感,对阻尼通道长度和线圈槽深的敏感度远低于对阻尼通道间隙的敏感度。     

轴向绕组磁流变液阻尼器的磁场特性分析

运用ANSYS有限元分析软件,针对轴向绕组结构的磁流变液阻尼器,建立电磁场有限元计算模型,分析阻尼间隙通道的磁场特性,并建立径向线圈磁路结构的电磁场有限元模型,分析径向结构的阻尼间隙通道的磁场分布特性,对比有限元理论分析得出轴向绕组结构能在阻尼间隙通道产生近似平行平板磁场特性的均匀磁场.然后对轴向绕组结构在阻尼间隙通道产生的磁场进行测试,试验得出轴向绕组结构的阻尼器间隙通道磁场特性优良,更有利于磁流变效应;试验结果与理论分析基本一致,有限元分析方法为轴向绕组阻尼器的理论研究提供了方法参考.     

外界磁场对磁流变阻尼器阻尼特性的影响

针对磁流变阻尼器受到外界磁场作用时,阻尼特性发生变化导致其控制精度变差的问题.该文提出分析不同方向的外界磁场对磁流变阻尼器阻尼特性影响的理论方法,设计线性磁场发生器模拟外界磁场环境,通过实验对理论进行验证.理论与实验结果表明:当磁流变阻尼器受到与活塞运动方向垂直的外界磁场作用时,阻尼特性不受影响;当磁流变阻尼器受到与活...     

一种集群式指状电磁铁的结构设计及研究

合理的磁路结构及均匀的磁场强度对磁流变抛光效果起着至关重要的作用,基于电磁铁的特性并结合集群磁流变技术,设计了一种集群式指状电磁铁。详细分析了集群式指状电磁铁的结构设计,通过Ansoft有限元仿真对集群式指状电磁铁的结构进行仿真及优化。优化结果显示：当凹槽间隙为1 mm、凹槽深度为2 mm且凹槽进行圆弧处理时,两磁极磁指区域表面可以获得比较均匀的面域磁场。经试验证明,磁极头磁指处磁感应强度的测试曲线与仿真曲线趋势吻合度达87.5%,符合集群效应,磁场强度满足集群磁流变抛光的要求。     

基于性能最优的磁流变阻尼器励磁线圈缠绕方法研究

双线圈活塞式磁流变阻尼器是一种通过励磁线圈产生磁场,以控制输出阻尼力的器件,其励磁线圈的缠绕方法直接影响磁流变阻尼器磁场分布和动态响应时间。在磁流变阻尼器性能模型的研究基础上,以阻尼动力和动态性能为最优目标,分析了两励磁线圈多种缠绕方法对阻尼间隙的磁场分布和控制电路的响应时间的影响,综合考虑了外界控制电路的电流负担和电能损耗,获得了励磁线圈采用反向串联的最优缠绕方法。研究结果为磁流变阻尼器的结构设计和参数优化提供了参考依据。     

混合流动式磁流变阻尼器设计及阻尼性能分析

针对传统磁流变阻尼器磁场利用率不高的问题,文中设计了一种混合流动式磁流变阻尼器,该阻尼器液流通道由4段轴向流道和2段径向流道串联组成,通过设置隔磁零件引导磁力线蜿蜒通过全部流道,使该阻尼器在体积限制下能产生良好的阻尼性能。阐述了混合流动式磁流变阻尼器的结构和工作原理,并对其进行磁路分析;建立了输出阻尼力数学模型。此外,采用有限元法对阻尼器进行电磁场仿真,分析了施加不同电流时各液流通道处磁感应强度和切应力的分布规律。对磁流变阻尼器两个重要阻尼性能指标,即输出阻尼力和阻尼力可调范围进行了分析。结果表明,外加电流为2 A时,输出阻尼力可达59.4 kN,阻尼力可调范围由1增加到44.137 4。     

泡沫金属磁流液阻尼器的优化设计与实验研究

为提高磁流变泡沫金属阻尼器的阻尼力,基于ANSYS有限元仿真软件,以间隙中磁感应强度为优化目标,以活塞工作长度、直径及缸筒壁厚为优化参数,对泡沫金属磁流变阻尼器的各项参数进行优化。组建泡沫金属磁流变阻尼器剪切力测试系统,实验测试阻尼器优化前后的性能。结果表明,施加相同电流及同等剪切速率时,优化后的泡沫金属磁流变液阻尼器输出的阻尼力提高了1.46倍,优化效果明显。     

冲击载荷下磁流变阻尼器设计和仿真

提出了冲击载荷下磁流变阻尼器的设计方法和约束条件,并使用MATLAB优化结构参数.针对某型号火炮,实际设计了一阻尼器,从结构和磁场方面进行了验证.结果表明:所设计的阻尼器满足约束条件,活塞间隙内的磁流变液被充分激励,且磁场分布均匀,铁芯工作在高磁导率范围内.火炮后坐过程仿真结果表明阻尼器能够有效减小最大后坐阻力峰值.     

轴向磁化永磁微电机的磁场分析及定子线圈制作工艺

为研究尺寸效应对轴向磁化永磁电机性能的影响,采用有限元方法对这种双转子电机的磁场进行了仿真计算,得出了轴向磁化永磁电机转子的气隙磁密波形分布.分析了转子外形尺寸、充磁极数、磁体厚度和气隙长度对气隙磁密的影响,即随着气隙长度的增加,充磁极数多的转子产生的气隙磁密幅值的减小幅度大于充磁极数少的;随着磁体厚度的增加,气隙磁密为一上升曲线,当磁体厚度达到某一点时,气隙磁密幅值基本为一常数;减小转子直径时,随着磁体厚度的降低,平均半径处气隙磁密幅值的减小幅度越来越不明显,但为不使气隙磁密波形变形严重,永磁转子径向长度需至少大于1.5 mm.对高深宽比微结构的制作工艺进行了研究,最终采用深刻蚀成型电铸工艺制作出了直径10 mm微电机在硅片上的平面定子线圈.并将直径20 mm电机的一系列转矩计算结果和实验测得结果进行了比较,计算值和实测值基本一致.分析方法和结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导作用.     

新型磁流变阻尼器抗冲击载荷性能分析

针对工程领域中高冲击载荷作用下的磁流变阻尼器存在流体通道拥堵,轴向磁场单一等问题,设计了新型的磁流变阻尼器.相比以前阻尼器,新阻尼器整体结构缩小,各级线圈匝数减少且独立连接.完成了磁流变阻尼器电磁模型的计算与PID控制算法的仿真分析,并根据仿真结果对新旧阻尼器进行了比较.结果表明,新设计的磁流变阻尼器较之前的阻尼器,能够产生轴向随时间变化的磁场,缓解了因磁场增强导致的流体通道拥堵的现象,在相同的冲击载荷作用下,实现了位移与能耗的同时下降.     

圆盘式磁流变制动器磁饱和有限元分析

针对磁流变器件的磁饱和程度不明,提出了一种评估磁饱和率。对圆盘式磁流变制动器进行磁场有限元分析,并用磁饱和评估函数进行评估。结果表明,输入电流为2 A时,制动器刚好达到磁饱和。根据磁饱和分析进行结构优化,用磁饱和评估函数和评估磁饱和率对优化前后的制动器进行分析。结果表明,优化后的制动器,制动力矩增大了57%,磁饱和程度降低了0.92%。进一步地,在等磁动势情况下,对三类磁流变制动器进行磁场有限元分析。结果表明,异向绕组侧壁型抗磁饱和能力最强,外沿型抗磁饱和最弱;外沿型工作间隙磁感应强度分布较为均匀,而侧壁型工作间隙磁感应强度分布极为不均匀;对于侧壁型制动器,同向绕组工作间隙磁感应强度比异向绕组较为均匀。     

水轮机主轴磁流体密封实验研究

为解决水轮机主轴的密封问题,引入了磁流体作为密封材料,通过实验分析了水环境下影响磁流体密封承压能力的几种因素.结果表明:磁化强度越高,磁流体密封承压能力越高,但过高的磁化强度会导致磁流体粘度过大,造成轴转动时阻力过大;磁流体密封的承压能力随着磁场强度的提高而增大,但当外加磁场强度超过磁极的饱和磁化强度时,承压能力下降;磁流体密封的承压能力随密封间隙、温度和转速增加而下降,随磁流体量的增加和磁极级数的增多而增大,但当磁流体量超过一定的临界值和级数超过五级后,磁流体密封的承压能力保持在某一恒定值.     

动磁场磁流变效应抛光垫抛光力特性试验研究

基于动磁场磁流变效应抛光方法,采用微型压电式传感器测试分析动磁场磁流变效应抛光垫法向抛光力特性,研究磁极转速、加工间隙、工件运动方式对动磁场磁流变效应抛光力的影响。结果表明,动磁场磁流变效应平面抛光法向力在抛光垫中心区域最大,pv值在抛光垫的半径6 mm处最大;相对静磁场,在磁极转动的动磁场作用下磁流变抛光力和扭矩呈现大幅度波动的动态行为;动磁场磁流变效应抛光力受到磁极转速影响,大于15 r/min开始产生动磁场,在试验所测得的范围内,磁极转速30 r/min左右有最好效果;工件运动方式是影响磁流变抛光作用力的因素,当工件沿抛光盘径向往复偏摆时扭矩剧烈变化,沿抛光盘法向运动加工间隙减小时抛光法向力会瞬间急剧增大,最大峰值达到稳态值的25倍。     

离心泵旋转轴的磁流体密封实验研究

介绍了离心泵旋转轴的磁流体密封技术,通过实验分析了泵的转速、温度、密封间隙、磁极极数和磁液体体积对磁流体密封承压能力的影响.结果表明:磁流体密封的承压能力随密封间隙、温度和转速的增加而下降,随磁流体量的增加和磁极极数的增多而提高,但当磁流体量超过一临界值和极数超过5极后,磁流体密封的承压能力保持在某一恒定值.     

多液流通道旋转式磁流变制动器结构设计及优化

针对目前磁流变制动器磁场利用率不高、体积-转矩比低的不足,设计了一种多液流通道旋转式磁流变制动器。通过在旋转套筒中增加隔磁零件,将制动器有效阻尼通道从常规2段增加为4段,弥补了传统磁流变制动器单一有效阻尼通道结构设计的不足。阐述了多液流通道旋转式磁流变制动器结构及工作原理;分析了有效阻尼间隙在磁场作用下的磁路分布,同时建立了制动转矩数学模型。采用有限元法对磁流变制动器电磁场进行建模仿真,并利用ANSYS软件中的一阶优化方法对初始结构进行多目标优化。对优化前、后磁流变制动器有效阻尼间隙处的磁场强度和剪切应力的分布规律进行对比分析,同时分析了优化后制动器制动转矩的变化规律。仿真结果表明,优化后的磁流变制动器在输入电流为1 A时,制动转矩由126.78 N·m增加到170.65 N·m,提高了34.6%;制动转矩可调系数由66.65增加到68.75,提高了3.2%。     

内置阀式磁流变阻尼器结构设计及阻尼性能研究

针对目前磁流变阻尼器结构受限时输出阻尼力过小的不足,设计了一种内置阀式磁流变阻尼器。该新型磁流变阻尼器采用内置式磁流变阀代替了目前常用的阻尼器活塞头结构;内置阀液流通道由圆环轴向流、圆盘径向流及小孔流构成。通过控制内置阀产生的压降来控制阻尼器的输出阻尼力。阐述了内置阀式磁流变阻尼器的工作原理,推导了阻尼器可控阻尼力数学模型。采用有限元法(FEM)对内置阀式磁流变阻尼器电磁场进行建模仿真,并通过ANSYS软件一阶优化方法对其结构尺寸进行多目标优化。仿真结果表明:优化后的内置阀式磁流变阻尼器在输入电流为1.0 A时,输出阻尼力由21.89 k N提高到38.94 k N,提高了77.9%。