考虑壁面滑移的磁流变胶泥缓冲器设计理论与落锤冲击试验

为提高汽车碰撞磁流变缓冲器力学模型的准确性,实现冲击作用下磁流变缓冲器动态特性的高精度预测,基于Herschel-Bulkley模型,同时考虑表观滑移和壁面滑移,建立了缓冲器理论力学模型。通过分析表观滑移和壁面滑移对缓冲器阻尼通道内部压力梯度的影响,结果表明,载液黏度较低时,受表观滑移影响,阻尼通道内部压力梯度有所降低,且在低速下影响更加显著;随着载液黏度的增加,在表观滑移作用下压力梯度有所增加,但对总体影响不大;壁面滑移使通道内部压力梯度明显降低,且随着滑移系数的增加,压力梯度变化更为显著;不同电流、冲击速度下的缓冲器落锤冲击试验表明,理论模型能够较好地预测、表征磁流变缓冲器的力学特性;磁流变胶泥在通道内流动主要受壁面滑移的影响,未出现明显的表观滑移。     

基于多级径向节流与柱状波纹压溃的碰撞盒研究

针对汽车碰撞盒容易出现欧拉失稳导致吸能特性劣化问题,研究了一种柱状波纹压溃与胶泥流动产生压差缓冲的碰撞盒。通过实验研究了所用胶泥材料的Oswald-de Waele冥律流体本构模型,得出了胶泥的模型参数;采用落锤冲击实验方法研究了柱状波纹压溃件的冲击力传递特性;建立了胶泥在多级径向通道中流动的连续性方程和控制微分方程,推导了不同径向位置的径向速度分布表达式和压力梯度;采用平均惯性法分析了惯性效应对于压力梯度的影响,得到了胶泥在碰撞盒中非稳态流动缓冲力计算方法。为验证理论计算的合理性,设计制作了胶泥多级径向流动节流与柱状波纹压溃共同作用的碰撞盒样机,利用落锤冲击试验机和力传感器构建了冲击测试平台,并对缓冲装置进行了两种不同高度的冲击实验,比较了不同冲击能量下的胶泥缓冲器传递冲击力的测试值与理论值,分析了产生误差的原因。     

柱形波纹压溃元件轴向冲击力学行为研究

针对冲击载荷作用下多层柱形波纹压溃元件的力学特性分析非常困难的问题,结合柱形波纹压溃元件的冲击压溃变形特征,将柱形波纹压溃元件的变形划分为弹性变形阶段、壁面接触前的塑性变形阶段、混合塑性变形阶段、壁面接触过程中的塑性变形阶段,研究了轴向冲击下柱形波纹压溃元件变形抗力的理论计算方法。利用Matlab Simulink软件编程,计算分析了不同高度落锤冲击柱形波纹压溃元件产生的变形抗力与压溃量之间的映射特性,并与实验结果进行了比较。研究结果表明,在不同跌落高度冲击下,理论计算的变形抗力与实验结果吻合较好,证明所提出的理论分析方法是合理的,对波纹压溃缓冲元件的工程应用具有指导意义。     

变间隙磁流变胶泥缓冲器理论研究与试验验证EI北大核心CSCD

传统磁流变(magnetorheological, MR)缓冲器通常采用等间隙阻尼流道,对于冲击环境下仅靠励磁控制方法实现柔顺耗能极具挑战。针对此问题,提出一种缸筒截面具有锥度特征的磁流变胶泥缓冲器,其阻尼间隙随活塞位移增大而逐渐减小,同时伴随磁感应强度增大,进而提升阻尼力,以期通过结构设计方法补偿冲击环境下缓冲力的衰减。通过建立双坐标系分析了动态磁场与位移、电流之间的关系;采用微分思想将变间隙阻尼通道分为若干微元,基于Herschel-Bulkley (HB)本构模型得到微元阻尼通道的截面流速分布;考虑局部损耗,构建了HB-Minor Losses(HBM)动力学模型,定量分析了各局部损耗因素的影响;进一步分析了位移变化对截面流速、局部损耗压降、总压降的影响。搭建了锤重为93.2 kg的冲击试验平台,并开展了不同冲击速度和电流下缓冲器动力学性能测试。结果显示缓冲器具备良好的可控性,其动态范围高达2.0,最大缓冲力达55 kN。将试验结果与理论模型进行比较,发现HBM模型能够准确预测变间隙磁流变胶泥缓冲器动力学性能。     

冲击载荷下磁流变缓冲器的动力学行为

传统力学模型很难准确预测冲击载荷下磁流变缓冲器的动力学行为,关键原因之一是未考虑惯性效应和局部损耗、或仅考虑其一。针对此问题,从理论与试验上研究分别考虑惯性效应、局部损耗,以及两者同时作用下的环形通道磁流变缓冲器动力学行为。基于Herschel-Bulkley (HB)本构模型,考虑惯性效应,利用平均惯性效应法,推导出环形通道内磁流变液的平均加速度与活塞杆加速度之间的关系,建立包含惯性效应的HB-Inertia (HBI)模型;考虑局部损耗,利用流体力学的相关理论,建立包含局部损耗的HB-Minor Losses (HBM)模型;综合考虑惯性效应和局部损耗的影响,提出同时包含惯性效应和局部损耗的HB-Inertia-Minor Losses(HBIM)模型。设计并制作一对参数相同的磁流变缓冲器,搭建落锤式冲击试验平台,将该对磁流变缓冲器并联,测试不同冲击速度和电流下的动力学行为。试验结果显示所设计的磁流变缓冲器具有良好的控制效果,且最大缓冲力高达75 kN。将试验结果与理论模型进行比较,发现HBI和HBM模型与试验结果有一定差异,而HBIM模型与试验结果吻合较好,表明惯性效应和局部损耗对缓冲器的力学特性都有影响,其中局部损耗的影响更大。     

径向节流型磁流变胶泥缓冲器冲击动力学行为

为提高汽车碰撞缓冲系统的自适应调节能力,提出一种波纹圧溃与径向流动节流共同作用的可控缓冲器。用波纹管取代传统吸能盒,并串接于磁流变阀,内部填充具备优秀悬浮稳定性的磁流变胶泥;为提高磁场利用率且减小缓冲器轴向长度,在磁流变阀内建立胶泥流动方向与磁场方向完全垂直的径向流道。基于Herschel-Bulkley (HB)本构模型推导了流道内流动节流压降与冲击速度间的关系;考虑局部损耗的影响,构建了HB-Minor Losses (HBM)动力学模型;进一步定量分析了惯性效应产生的压降,构建了包含惯性效应的HBM-Inertia (HBMI)模型。制作了缓冲器并开展了落锤冲击试验;分析了径向流道压降在阻尼流道总压降中的比重;分析了局部损耗对压降的影响,提出了进一步提高可控性的局部损耗优化区域。对比理论与试验缓冲力曲线,分四个阶段分析了惯性效应对缓冲力的具体影响,发现惯性效应主要在峰值阶段、结束阶段影响缓冲力;比较了理论模型与试验峰值力、动态范围,进一步得到理论动态范围相对误差,结果表明,HBMI模型对磁流变胶泥缓冲器动力学行为的预测更为准确。