液压电磁阀多物理场耦合热力学分析

电磁阀为涉及机械、电、磁和热等多物理场耦合复杂异构系统,其寿命和可靠性很大程度上取决于运行过程中产生的热。基于对某自动变速器液压比例电磁阀的结构和工作原理分析,采用二维轴对称有限元法,建立电磁阀的多物理场耦合热力学模型,仿真两种使用环境中不同工作电流下电磁阀内部的热变形及温度分布。仿真结果表明,使用环境和工作电流导致温度过高或者应力过大都是电磁阀热失效的重要原因;而且电磁阀内部的最高温度或最大应力与工作电流具有近似的线性增长关系,尤其是在散热条件差的使用环境下,电磁阀内部更易快速达到较高的温度和热应力,势必降低电磁阀的寿命和可靠性。通过与试验结果的对比分析,验证了该热力学模型具有较高的精度,可用于电磁阀的可靠性设计。     

金属切削仿真的驱动模型及其耦合机制研究

针对目前金属切削仿真存在的精度问题，提炼了典型数值仿真算法及其耦合过程的“平衡”本质问题，揭示了典型数值仿真算法中产生温度—应力耦合以及温度—热物理属性耦合的本质原因。建立了影响Fe-Cr-Ni不锈钢切削仿真精度的3个仿真模型，包括本构模型、热物理属性模型和摩擦模型，并进行正交切削试验验证了仿真模型的准确性。同时，进行切削仿真试验，利用仿真结果分别说明了本构模型、热物理属性模型和摩擦模型对仿真结果的显著影响，分析了仿真过程中分别由本构模型以及热物理属性模型驱动的温度—应力耦合以及温度—热物理属性耦合作用，并依据两个耦合作用讨论了切削过程的鲁棒性。     

双稳态电磁阀控制方式和动态性能的研究

航天器中大量采用了自动化程度较高的双稳态电磁阀,其控制方式和动态性能是设计中的重要环节。根据双稳态电磁阀的工作特点,建立电、磁、机系统的机电模型,并对等效电路模型进行了改进。根据多场耦合的特点,考虑到磁性材料的非线性特性及磁路的漏磁效应,选择有限元法进行仿真计算,并建立了电磁阀的二维有限元模型。电磁阀动态仿真计算数据与试验结果相一致,达到了定量判定出电磁阀所受电磁力大小以及开关放电电流的特征曲线的目的。多耦合场条件下运用有限元法对控制方式进行优化可以提高设计工作的费效比,且能够达到较高的精度,是进行电磁阀优化设计的有效方法。     

高速开关电磁阀阀芯动态模型设计及研究

为了实现当前对汽车制动系统中对制动力控制的线性要求,详细研究了制动系统中核心控制部件电磁阀的结构,通过对电磁阀中重要部件阀芯的受力分析,细致分析了电磁阀阀芯的运动特性,从应用层面上给出了阀芯运动的数学模型,并针对阀芯的运动过程建立了基于实际运动的物理状态模型,建立新的动态数学模型并进行仿真。根据仿真结果对电磁阀进行实际的流量控制试验,验证得出建立的数学模型具有实际应用指导效果,并得出了电磁阀实际的运动特性与仿真模型一致的结论。     

高速电磁阀线圈与阀体配合气隙对电磁吸力影响研究

以制动系统液压控制单元中的高速开关阀为研究对象，研究了线圈与电磁阀配合气隙对电磁阀保压性能的影响。建立相关数学模型，对电磁阀保压工作状态的进行仿真，根据仿真模型结果对线圈与电磁阀配合气隙对电磁阀保压特性影响做相关研究。设计了保压实验来验证线圈与配合对电磁阀保压能力的试验，结果证明了理论正确性及模型在电磁阀工程设计中应用的可行性。     

基于COMSOL的贴片天线传感器应变测量仿真及试验研究

文中建立了基于COMSOL Multiphysics的多物理场数值模型,研究了应变传递效率及其影响参数,研究了谐振频率和被测应变之间的关系,最后对传递效率及应变测试灵敏度进行了试验验证。结果表明,使用COMSOL Multiphysics进行多物理场仿真的结果与试验结果具有很好的一致性。     

基于响应面近似建模方法的换挡电磁阀模型构建

针对换挡开关电磁阀宽温域工况下可靠性不高的技术问题，以较高精度的多场耦合仿真模型实现参数优化为基础，开展换挡开关电磁阀的结构参数优化研究。构建了换挡电磁阀电磁场-结构场-温度场-流场多场耦合有限元仿真模型，通过电磁力测试、温度测试和流量测试分别校验了电磁场模型、温度场和多场耦合模型精度，满足优化设计所需模型精度要求；为了提高优化效率，基于响应面近似建模（RSM）方法完成了宽温域换挡电磁阀电磁力和应力近似模型构建。结果表明构建的电磁力响应面模型R2的值为0.987，最大应力响应面模型的R2值为0.992均大于0.9，近似模型满足设计要求可用于后续换挡电磁阀结构参数优选设计研究。     

基于“局部-整体”映射有限元的大型焊接结构变形仿真研究

大型焊接结构的制造成本高,生产周期长,其焊接变形的研究的主要问题是仿真计算效率低,计算周期长。以动车组铝合金侧墙为研究对象,根据实际的焊接工艺参数,采用物理试验与仿真热源校核对比的方法,对两种焊接接头进行热源模型模拟,给出较真实的热源模型,并建立两种接头的精细三维模型,进行局部模型的仿真计算,给出其纵向及横向的焊接残余应力的分布情况,基于"局部-整体"映射有限元法,提取接头三维局部残余塑变模型,并映射到整体薄壳模型,实现动车组铝合金侧墙的焊接变形数值模拟,仿真计算结果与物理试验测试结果基本吻合,证明该方法及仿真模型的合理性,解决了实际工程中大型焊接结构的变形计算问题,为进一步焊接变形的控制研究提供实用的理论依据。     

伺服比例阀多物理场耦合仿真研究

伺服比例阀是一个涉及多学科领域的复杂物理系统,建立包含机械、电、磁、流场等模块在内的多物理场耦合模型对其进行仿真研究。基于对伺服比例阀结构和工作原理的分析,搭建阀芯位移闭环控制电路及阀芯动力学模型,建立伺服比例电磁铁有限元瞬态仿真模型、液动力瞬态流场降阶模型,并将各模块耦合完成伺服比例阀多物理场模型,实现动态特性仿真。为验证伺服比例阀多物理场耦合模型的准确性,对采用相同的测试条件及控制电路的伺服阀阀芯位移控制系统进行试验,通过输入不同的指令信号得到阀芯位移的阶跃响应曲线及电磁铁电流曲线。经对比,阶跃响应测试中阀芯位移仿真结果与试验曲线相比最大误差不超过15%,不同阶跃指令下仿真得到的电磁铁电流与试验电流曲线变化趋势相同,验证了模型的准确性,为后续伺服比例阀的研发及优化提供有效平台。     

温度对齿轮齿根应力分布的影响分析

对直齿圆柱齿轮的热边界条件进行计算,利用ANSYS Workbench对齿轮模型进行温度场分析。经试验验证仿真结果具有一定的可信性后进一步分析齿轮齿根的热应力及热变形。对比齿轮在结构场与热-结构耦合场不同啮合位置时的齿根应力结果,得到两种情况下的齿根应力的分布形式及数值大小均有明显差别。经分析得到热应力会改变对齿根应力的分布形式及齿根最大应力出现的位置,热变形对齿根应力值的大小产生明显影响。因此研究温度对齿根应力的影响具有一定的理论意义和实际应用价值。     

汽车智能制动系统(IBS)电磁阀温度场分析

隔离电磁阀是汽车智能制动系统的核心部件,温度对电磁阀的控制性能有重要影响。基于傅里叶热传导定律和牛顿冷却方程,利用Ansys软件对IBS隔离电磁阀内部温度分布及热量传递进行仿真分析,结合实验得出电磁阀长时间工作最终处于一种热平衡状态,仿真结果与实验误差不超过5%,说明仿真方法具有较高的可行性。运用拟合的方法得出电磁阀稳态温度与影响因数的函数关系,为后续产品检测提供参考。     

先导式电磁开关阀的控制方法优化

踏板行程模拟装置作为集成制动系统(IBS)的关键部件之一,其作用是为驾驶员提供良好的踏板感觉,保证制动的安全性。该装置核心部件——先导式电磁开关阀的性能直接关系到踏板感觉的效果,对其进行深入的研究,建立先导式电磁开关阀不同子系统的数学模型,并运用AMESim软件搭建多场耦合模型并进行仿真,分析了环境温度、驱动电压对电磁阀性能的影响。通过仿真与实验分析发现,传统控制方法存在电磁阀发热量较大的问题,这极大地限制了电磁阀的使用。针对该问题,提出一种变电压控制方法,实验结果表明,新控制方法可以保证电磁阀长时间正常工作,有效提高电磁阀的工作能力。     

ABS高速开关阀液压力影响因素研究

高频小流量高速开关阀用于汽车防抱死制动系统 (ABS)增压与减压的控制,在不同温度环境下,其可靠的动态特性是ABS正常工作的重要指标。高速开关阀阀芯高频运动过程中,主要受到电磁力、液压力等因素的影响。针对液压力,建立高速开关阀不同温度、阀口两端压差、阀口开度的有限元仿真模型,分析温度、阀口两端压差和阀口开度不同时,高速开关阀液压力的变化规律。仿真结果得知,在相同的阀口开度和压差下,液压力随温度的升高而减小;阀口开度越大,液压力受温度的影响越大;同一压差和温度下,液压力随阀口开度的增大而减小。通过探寻温度、阀口两端压差及阀口开度大小对高速开关阀液压力的影响,为准确研究高速开关阀动态特性提供理论依据,从而为提高汽车ABS响应特性奠定理论基础。     

Development of a Novel Parallel-spool Pilot Operated High-pressure Solenoid Valve with High Flow Rate and High Speed

High-pressure solenoid valve with high flow rate and high speed is a key component in an underwater driving system.However,traditional single spool pilot operated valve cannot meet the demands of both high flow rate and high speed simultaneously.A new structure for a high pressure solenoid valve is needed to meet the demand of the underwater driving system.A novel parallel-spool pilot operated high-pressure solenoid valve is proposed to overcome the drawback of the current single spool design.Mathematical models of the opening process and flow rate of the valve are established.Opening response time of the valve is subdivided into 4 parts to analyze the properties of the opening response.Corresponding formulas to solve 4 parts of the response time are derived.Key factors that influence the opening response time are analyzed.According to the mathematical model of the valve,a simulation of the opening process is carried out by MATLAB.Parameters are chosen based on theoretical analysis to design the test prototype of the new type of valve.Opening response time of the designed valve is tested by verifying response of the current in the coil and displacement of the main valve spool.The experimental results are in agreement with the simulated results,therefore the validity of the theoretical analysis is verified.Experimental opening response time of the valve is 48.3 ms at working pressure of 10 MPa.The flow capacity test shows that the largest effective area is 126 mm2 and the largest air flow rate is 2320 L/s.According to the result of the load driving test,the valve can meet the demands of the driving system.The proposed valve with parallel spools provides a new method for the design of a high-pressure valve with fast response and large flow rate.     

Dynamic performance of high speed solenoid valve with parallel coils

The methods of improving the dynamic performance of high speed on/off solenoid valve include increasing the magnetic force of armature and the slew rate of coil current, decreasing the mass and stroke of moving parts. The increase of magnetic force usually leads to the decrease of current slew rate, which could increase the delay time of the dynamic response of solenoid valve. Using a high voltage to drive coil can solve this contradiction, but a high driving voltage can also lead to more cost and a decrease of safety and reliability. In this paper, a new scheme of parallel coils is investigated, in which the single coil of solenoid is replaced by parallel coils with same ampere turns. Based on the mathematic model of high speed solenoid valve, the theoretical formula for the delay time of solenoid valve is deduced. Both the theoretical analysis and the dynamic simulation show that the effect of dividing a single coil into N parallel sub-coils is close to that of driving the single coil with N times of the original driving voltage as far as the delay time of solenoid valve is concerned. A specific test bench is designed to measure the dynamic performance of high speed on/off solenoid valve. The experimental results also prove that both the delay time and switching time of the solenoid valves can be decreased greatly by adopting the parallel coil scheme. This research presents a simple and practical method to improve the dynamic performance of high speed on/off solenoid valve.     

气动电磁阀开启过程的动态响应特性

以二位三通气动电磁阀为研究对象,详细介绍了其工作机理并对磁路进行理论分析。通过ANSYS Maxwell软件建立其二维电磁场分析有限元模型,并进行瞬态运动仿真计算,分析多电磁参数(主气隙宽度、铁磁材料、动铁芯直径、弹簧预紧力、刚度以及线圈加载方式)对电磁阀瞬态响应特性的影响。搭建实验平台,测试线圈加载方式对电磁阀瞬态响应特性的影响,进一步验证了仿真分析的准确性。为类似电磁类产品的设计研发提供了充实的理论依据。     

双向切换电磁阀复位特性的优化设计

双向切换电磁阀广泛应用于运载型地面供气系统,阀位直接影响供气系统的压力变化。利用试验和仿真方法对双向切换电磁阀进行了研究,发现在先放气后断电再供气时,常闭侧存在窜气现象,通过在常闭侧背压腔增加复位弹簧的方式对结构进行了优化。结果表明:在常闭侧背压腔增加复位弹簧可以有效避免复杂工况下的窜气现象,常闭侧窜气量随着复位弹簧力的增加而减少。通过试验和仿真方法可以优化电磁阀的动态特性,对双向切换电磁阀的产品设计具有指导意义。     

一种用于自动变速器的比例电磁阀研究

介绍一种用于自动变速器的比例电磁阀结构,研究比例电磁阀的分析、设计方法及其稳态和动态特性。在结构分析的基础上,分析其工作原理,将比例电磁阀分为电场、磁场、机械和流体四部分,分析这四部分的内在耦合关系。建立各个部分的动态特性数学模型并进行耦合仿真分析,对比例电磁阀电磁特性进行研究,通过与试验结果对比,初步验证耦合仿真模型的正确性。 通过计算分析电磁阀内部参量的动态变化特性,为优化电磁阀设计奠定基础。在液压部分中,进油口采用球阀,排油口采用喷嘴挡板阀,通过控制排油口的开度可以进行流量控制,间接控制油压输出。在比例电磁阀开启时,电磁力与弹簧力的总和与球阀的液压力相平衡的工作模式,使该比例电磁阀具有开关响应快、输入电流与输出油压线性关系好的特点。研究结果表明,该比例电磁阀阀芯位移0.2 mm ,开启响应时间在2 ms以内,油压建立在4 ms以内,适用于自动变速器换挡执行回路中。     

基于Ansoft的比例电磁铁建模与仿真

针对比例电磁铁结构参数难以获得问题,提出基于其组成结构及设计原理、依据样本输出特性反求电磁铁结构参数的方法,据此利用Ansoft软件建立比例电磁铁有限元模型.不同输入电流下仿真所得行程-力特性曲线表明,其趋势与理论分析相一致、数值上与样本特性参数相吻合,说明所建比例电磁铁模型能正确反映其工作特性,可借助联合仿真将其作为比例电磁阀AMESim模型中的信号转换单元,从而为含有比例电磁阀液压系统的AMESim仿真提供基础保障.