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  • 书名 磁流变减振器设计理论及控制技术
  • 书号 978-7-118-10368-7
  • 作者 (波)杰纳斯·古
  • 出版时间 2020年5月
  • 译者
  • 版次 1版1次
  • 开本 16
  • 装帧 平装
  • 出版基金
  • 页数 188
  • 字数 240
  • 中图分类 U260.331
  • 丛书名
  • 定价

固体和液体遵循不同的物理定律,例如,固体的行为是线性的,可以用胡克弹性定律来描述,线性流体的流变性则是用牛顿黏度定律描述的。但有些材料并不符合这些常规的定义,如被称为智能流体的电流变液和磁流变液。当给这类材料施加外部电场或磁场时,它们的物理状态会发生变化,即从流体转化为类固体。这种变化是可逆的,变化幅度大且响应速度快。磁流变液或电流变液的这种特性使得它们可以应用于振动控制领域中,并且十分适用于系统状态需跟随外部条件实时变化的系统中。 磁流变液和电流变液自从20世纪40年代被发现以来,就引起了科学家和研究者们的强烈好奇。直到20世纪90年代早期,大部分的研究工作还都集中在电流变液上。然而,电流变液存在的电气故障和安全等问题使其很难适用于实际应用中。当相关技术问题得到解决后,磁流变液的研究开始迅速发展。2002年,磁流变液成功地应用于乘用车无阀控制底盘系统中,并在北美市场开始销售。该系统是一种基于磁流变液的减振器,也称为车用磁流变阻尼器。截至2009年,磁流变动力系统装置已经成功实现了商业化,被应用于各种高端汽车中。2012年,MagneRideTM已经发展成为标准悬挂系统的一种,并被许多型号的乘用车所使用。 近些年来,磁流变阻尼器在能量收集方面的应用受到了许多研究人员的注意。在车辆的运动过程中会有一部分能量损失,这部分能量会以热量的形式耗散。而能量收集磁流变阻尼器可将这一部分能量回收并转化为电能,用于监测磁流变装置的输出。随着对混合动力汽车与电动汽车研究的深入,能量收集磁流变阻尼器也越来越受人关注。然而,这种设备的制造难度、生命周期、重量和生产成本以及能够回收的能量大小仍存在问题,这些因素都会影响其商业化的进程。 在车辆悬架中,磁流变阻尼器一直处于受控状态,其活塞杆由规定的位移/力驱动,阻尼器线圈中的电流由脉冲宽度调制(PWM)驱动器提供。线圈中的电流在阻尼器中感应出磁场,进而改变磁流变液的屈服应力和阻尼器的阻尼力。阻尼器中的磁场变化会导致磁路组件中产生感应电动势,同时在磁芯中产生涡流,磁芯中的涡流会形成一个与磁通量变化相反的磁场,使磁流变阻尼器的响应速度变慢。因此,通过PWM电流驱动器给阻尼器线圈提供可变的电流会导致阻尼器的行为随时间发生变化,在描述阻尼器的特性时,准确地获取这一时变特性是非常重要的。对磁流变阻尼器进行控制需要确定很多因素,例如,线圈对电流变化的阻抗、磁流变液在有磁场条件下屈服应力和输出阻尼力的耦合以及电流驱动器的动态特性等。 总之,本书的主要目的是向读者介绍关于磁流变阻尼器的工作原理、建模和工程应用等方面的信息。作者承诺,为方便读者理解,书中在介绍理论或实际应用时,都会提供相关的基础知识。具体来说,包含智能流体和相关设备的背景信息、常见结构及其理论和实验验证。其次,书中对磁流变液的关键技术、理论背景、组成进行了介绍,阐述了影响磁流变液特性的关键因素,并在此基础上介绍了现有阻尼器和控制阀的结构。此外,本书介绍了应用于汽车底盘的流动模式磁流变阻尼器的常见结构。其中,重点研究了在活塞组件中带有一个或多个线圈以及至少一个环形间隙的单筒磁流变阻尼器。 由于磁流变液的特殊性,研究磁流变液时需要综合材料的流变性、电学性能、机械性能以及控制原理等多个学科的知识,这给磁流变液的研究带来了极大的困难。在汽车工业中,研究者们通常会先建立一个初步的稳态模型,然后借助先进的测试工具并结合非线性波动磁场,深入地研究磁流变阻尼器的动态模型。在本书中,作者也主要集中于这两个方面的研究。为了获取磁流变阻尼器的数学模型,我们需要搭建一个流动模式的单筒磁流变阻尼器样机。具体地,本书首先回顾了平面流动状态下非牛顿流体的几种本构模型,结合无量纲参数对这些模型进行分析,得到了其精确解(解析解)。这些无量纲参数反映了磁流变液的塑性、惯性、黏度、剪切稀化/稠化特性,并以一种简单的方式体现了磁流变阻尼器中磁流变液在屈服前和屈服后的流动状态。在建立有旁路的流动模式磁流变阻尼器的稳态模型时,这些无量纲参数的应用尤为重要。在稳态模型的基础上,还应再建立一种可用于组件研究和车辆整体研究的动态模型。此外,这些模型中还包含了磁流变液的压缩性、惯性、通过磁流变阻尼器活塞时发生的泄漏、摩擦、浮动活塞的惯性、气蚀和气压等影响因素,用于研究与屈服应力相关的阻尼器特性。为了验证这两种模型的准确性,本书设计了一系列具有不同活塞结构的阻尼器样机,并在实验中给它们施加不同的活塞输入速度、位移激励和线圈电流。实验结果证明,这两种模型可以有效地描述磁流变阻尼器的稳态和动态特性。 总体来说,第1章阐述了本书的相关背景知识;第2章描述磁流变液的组成以及这些成分对其性能的影响;第3章回顾了流动模式车用磁流变阻尼器;第4章介绍磁流变阻尼器使用的几种非牛顿流体模型;第5章介绍磁流变单筒阻尼器和双筒阻尼器的集中参数模型;第6章使用计算流体力学方法建立了磁流变液的流动模型;第7章介绍磁流变装置中动力驱动系统的结构、控制电路和控制策略;第8章设计了几种磁流变阻尼器样机,针对这几种样机进行实验并分析实验结果;第9章概述能量收集磁流变阻尼器的发展历程;第10章为全书的总结。

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