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超磁致伸缩泵用悬臂梁阀的设计与分析毕业论文

 2021-05-06 12:05  

摘 要

超磁致伸缩材料由于其独特且优良的性能,近年来已被广泛运用在各个领域,尤其是在转换器、执行器、驱动器、定位器、传感器等场合,应用前景良好。基于超磁致伸缩材料设计的超磁致伸缩泵是一种精密可控的新型液压泵,在液压传动领域是具有非常大的潜力及应用的。本文基于以前研究者所设计的一款超磁致伸缩泵对其泵腔及悬臂梁单向阀的结构设计和流场分析开展了一些研究工作。

首先是对超磁致伸缩致动器进行了研究,建立了其流量输出模型并计算得到了其理论输出与电流的传递函数,运用MATLAB数学仿真软件对系统等效质量、等效阻尼、等效刚度三个参数对系统的影响进行了分析。随后对悬臂梁单向阀进行了过流特性分析,建立其几何模型计算了理论流量并分析了单向阀参数对流量的影响,运用COMSOL Multiphysics多物理场仿真软件对悬臂梁单向阀进行了模态分析,最终确定了阀片的截面形状。最后运用COMSOL Multiphysics仿真软件对悬臂梁单向阀进行了流固耦合仿真分析,得到了采用不同阀片材料以及不同阀片厚度的情况下腔体内流体流动的差异。

关键词超磁致伸缩材料;悬臂梁单向阀;流固耦合;仿真分析

Abstract

Due to its unique and excellent performance, giant magnetostrictive materials have been widely used in various fields in recent years, especially in the fields of converter, actuator, actuator, positioner, sensor and so on.Giant magnetostrictive pump based on giant magnetostrictive material is a new type of hydraulic pump,which has great potential and application in the field of hydraulic transmission.In this paper, the design and flow field analysis of a giant magnetostrictive pump based on the former researchers have beencarried out in theresearch work. The structure design and flow field analysis of the pump cavity and the cantilever beam are also conducted.

In this paper, we first study the giant magnetostrictive actuator, and establish its flow output model and calculate its theoretical output and current transfer function.The effects of three parameters on the system equivalent mass, equivalent damping and equivalent stiffness of the system are analyzed by using the MATLAB mathematical simulation software.Then the flow characteristic of the cantilever beam is analyzed, the geometric model is established and the theoretical flow is calculated and the influence of the one-way valve parameters on the flow rate is analyzed.Using Multiphysics COMSOL multi physical field simulation software to analyze the frequency of the cantilever beam one-way valve, and finally determine the shape of the cross section of the valve.Finally, using Multiphysics COMSOL simulation software to simulate the fluid structure interaction of a cantilever beam with one way valve, and the difference of fluid flow in the cavity with different material and different valve thickness is obtained.

Keyword: giant magnetostrictive materials;cantilever beam check valve;Fluid solid coupling;simulation analysis

目录

第1章 绪论 4

1.1研究背景 4

1.1.1传统液压泵 4

1.1.2智能材料新型泵 5

1.2超磁致伸缩材料及其应用 6

1.2.1磁致伸缩效应 6

1.2.2超磁致伸缩材料 6

1.2.3超磁致伸缩材料的应用 8

1.3超磁致伸缩泵国内外研究现状 9

1.3.1国外研究现状 9

1.3.2国内研究现状 12

1.4研究内容及意义 13

1.5论文结构 14

第2章 超磁致伸缩泵流量模型及计算 14

2.1超磁致伸缩致动器位移模型 14

2.2超磁致伸缩泵理论流量计算 18

2.3关键参数对流量的影响 19

2.4本章小结 23

第3章 悬臂梁单向阀过流特性分析 24

3.1悬臂梁单向阀及其工作原理 24

3.2悬臂梁单向阀过流特性分析 25

3.3悬臂梁单向阀响应频率分析 27

3.4本章小结 29

第4章 流场数值仿真分析 29

4.1 COMSOL Multiphysics介绍 30

4.2仿真过程 30

4.3仿真结果及分析 36

4.4本章小结 39

第5章 总结与展望 40

致谢 41

参考文献 42

第1章 绪论

1.1研究背景

液压传动在当今社会中应用广泛,在各个领域都能看到液压传动的身影。液压传动具有配置灵活、元件简单、体积小、质量轻、响应速度快、易实现自动化及过载保护等多种优点。现如今液压技术已在社会基础和先进多个领域内得到广泛的应用。

液压系统一般可由五个部件构成:

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