基于磁流變技術(shù)的登月緩沖裝置研究.pdf

1、月球蘊涵著豐富的礦藏資源，登月標志著一個國家可以利用其礦產(chǎn)和能源作為地球能源的補充，具有重要的經(jīng)濟、科學(xué)、軍事、政治意義。登月機器人擔負著對月球進行考察、取樣、分析的重任，過大的著陸沖擊會對其造成嚴重破壞，甚至導(dǎo)致整個登月計劃的失敗，因此研究著陸緩沖技術(shù)是非常迫切和必要的。磁流變彈性體在磁場作用下能顯著改變其彈性模量，進而有效實現(xiàn)變剛度，其應(yīng)用裝置具有無需密封、性能穩(wěn)定、響應(yīng)迅速等特點，在需要進行剛度控制的振動系統(tǒng)中極具應(yīng)用前景。利用磁

2、流變彈性體開發(fā)變剛度主動緩沖器，考察其減振性能與落地緩沖的效果，可為我國發(fā)展深空探測和先進著陸緩沖裝置提供理論探索和技術(shù)儲備。本文應(yīng)用理論分析、機械設(shè)計、激振臺實驗和落地實驗的方法，對磁流變彈性體的力學(xué)性能特性、緩沖器結(jié)構(gòu)特性以及實驗效果進行了研究。具體工作包括以下幾方面： (1)闡述了磁流變彈性體的磁致效應(yīng)，引申出磁流變彈性體在減振緩沖中的應(yīng)用；指出登月緩沖裝置的研究意義，論述了登月緩沖裝置的研究進展并指出主動著陸緩沖裝置是今

3、后的發(fā)展方向，提出本文的研究目的和研究內(nèi)容。 (2)從磁流變彈性體顆粒鐵磁性和基體粘彈性分析其磁致特性；在偶極子和耦合場物理模型基礎(chǔ)上進行推導(dǎo)和修正，計算出與磁場有一定角度的斜鏈耦合場物理模型，揭示出磁致剪切模量與初始狀態(tài)時鏈與磁場方向的夾角和顆粒鏈的剪應(yīng)變及顆粒間距成單調(diào)遞減關(guān)系；與外加磁場和顆粒磁化系數(shù)成單調(diào)遞增關(guān)系，與實驗結(jié)果相吻合。 (3)分析了磁流變彈性體緩沖器的工作模式，根據(jù)磁芯材料特性提出緩沖器的設(shè)計準則并

4、進行磁路設(shè)計計算，完成了剪切工作模式的緩沖器結(jié)構(gòu)設(shè)計，加工了環(huán)式和三文治式兩種緩沖器原型樣品，通過振動實驗臺對兩種緩沖器性能進行了評價。 (4)提出兩種緩沖器性能的測試方法，并搭建了相應(yīng)的測試系統(tǒng)；針對環(huán)式緩沖器進行了200～600HZ的減振實驗，其減振性能隨電流和頻率增加而增強，響應(yīng)加速度信號和激勵加速度信號峰值衰減率可達0.321；對三文治式緩沖器分別進行了低頻與高頻激勵下的減振實驗，減振性能在滿足與頻率、電流關(guān)系的同時，還

5、發(fā)現(xiàn)其低頻初始減振閾值頻率在40HZ～50HZ之間，其高頻完全減振的閾值頻率為200HZ。 (5)提出落地緩沖實驗的測試方法與測試系統(tǒng)；進行了10cm與4cm兩種高度的跌落實驗，施加的勵磁電流增加，響應(yīng)加速度信號峰值逐漸降低，說明緩沖器具有良好的可控性，在落地緩沖中控制效果顯著，并且得到4cm高度跌落時響應(yīng)加速度信號與沖擊加速度信號峰值比為0.191；對實驗數(shù)據(jù)進行沖擊響應(yīng)譜處理，同樣得到響應(yīng)信號沖擊譜峰值隨著電流的增大而減小，