磁流變液延時(shí)機(jī)構(gòu)是一種基于磁流變效應(yīng),利用磁流變液流動(dòng)特性實(shí)現(xiàn)的延時(shí)機(jī)構(gòu),具有延期解除保險(xiǎn)時(shí)間長(zhǎng)、延期解除保險(xiǎn)距離可控可調(diào)、抗過載能力強(qiáng)、成本低、通用性好等特點(diǎn)。本文以小口徑炮彈引信延期解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)為背景,以小尺度磁流變液延時(shí)機(jī)構(gòu)為對(duì)象,研究利用磁流變液延時(shí)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)小口徑炮彈引信出炮口延期解除保險(xiǎn)功能,采用理論建模分析、數(shù)值仿真、實(shí)驗(yàn)測(cè)試和模型驗(yàn)證相結(jié)合的方法,開展了引信用磁流變液貯存技術(shù)、磁流變液孔口出流技術(shù)、延期解除保險(xiǎn)距離調(diào)控技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)的研究。本文的主要內(nèi)容如下:(1)從微觀結(jié)構(gòu)上對(duì)磁流變液本質(zhì)特性進(jìn)行了研究,確定磁流變液泄流時(shí)間數(shù)學(xué)模型中的關(guān)鍵參數(shù)。根據(jù)磁流變液成鏈理論,建立了屈服應(yīng)力模型,確定了在不同轉(zhuǎn)速條件下磁流變液孔口出流時(shí)受到的剪切應(yīng)力和其屈服應(yīng)力的關(guān)系。在磁場(chǎng)強(qiáng)度為150mT條件下可保證在35000r/min及以下轉(zhuǎn)速時(shí)小尺度磁流變液延時(shí)機(jī)構(gòu)中的磁流變液不會(huì)流動(dòng),保證了安全性�；诖帕髯円罕举|(zhì)特性,采用剪切分層理論,研究了高剪切速率下磁流變液的剪切稀化特性,推導(dǎo)了高剪切速率下磁流變液的黏度計(jì)算公式,為延期時(shí)間的計(jì)算打下了理論基礎(chǔ)。(2)針對(duì)小尺度磁流變液延時(shí)機(jī)構(gòu)貯存后使用的安全性和可靠性問題,提出了一種貯存壽命評(píng)估方法。對(duì)機(jī)構(gòu)中的貯存易損部件(磁流變液)進(jìn)行了貯存穩(wěn)定性試驗(yàn),分析了惡劣貯存環(huán)境對(duì)磁流變液的屈服應(yīng)力和黏度及機(jī)構(gòu)的延期解除保險(xiǎn)距離的影響,依據(jù)長(zhǎng)時(shí)間的高溫會(huì)導(dǎo)致磁流變液中的磁性顆粒沉降團(tuán)聚的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,建立了磁流變液貯存加速模型,確定了磁流變液貯存壽命的評(píng)估方法,并對(duì)機(jī)構(gòu)在正常貯存條件下的可靠貯存壽命進(jìn)行了評(píng)估。在置信水平γ-0.90,可靠度下限RL=0.85時(shí),磁流變液在常溫下的貯存年限為15.2年,滿足引信貯存壽命在15年到20年的基本要求。(3)根據(jù)對(duì)磁流變液的屈服特性和貯存特性的研究成果,結(jié)合小口徑炮彈引信環(huán)境特征,確定了小尺度磁流變液延時(shí)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案,分析了主要零部件結(jié)構(gòu)與動(dòng)態(tài)特性,確定了關(guān)鍵尺寸參數(shù),加工了機(jī)構(gòu)樣機(jī),實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和功能,該機(jī)構(gòu)各零部件強(qiáng)度和動(dòng)態(tài)性能滿足小口徑炮彈引信高過載和高轉(zhuǎn)速環(huán)境要求。根據(jù)高轉(zhuǎn)速條件下磁流變液孔口出流特點(diǎn),建立了磁流變液孔口出流模型和磁流變液均勻力場(chǎng)數(shù)學(xué)模型,并提出了高旋轉(zhuǎn)環(huán)境下磁流變液泄流時(shí)間工程算法,用于預(yù)測(cè)高轉(zhuǎn)速條件下小尺度磁流變液延時(shí)機(jī)構(gòu)的延期時(shí)間。(4)針對(duì)旋轉(zhuǎn)離心機(jī)裝配后機(jī)構(gòu)存在偏心、預(yù)加載時(shí)間較長(zhǎng)和加載轉(zhuǎn)速限制等問題,結(jié)合小尺度磁流變液延時(shí)機(jī)構(gòu)工作原理,設(shè)計(jì)了高速旋轉(zhuǎn)等效試驗(yàn)平臺(tái),并對(duì)試驗(yàn)平臺(tái)進(jìn)行了誤差分析和系數(shù)修正,該試驗(yàn)平臺(tái)能夠較好的等效高速旋轉(zhuǎn)時(shí)磁流變液的泄流情況:利用試驗(yàn)平臺(tái),通過高速旋轉(zhuǎn)等效試驗(yàn)對(duì)磁流變液泄流時(shí)間數(shù)學(xué)模型進(jìn)行了驗(yàn)證,并采用數(shù)值模擬方法對(duì)局部阻力系數(shù)進(jìn)行了修正,提高了該數(shù)學(xué)模型的精確性。通過高速旋轉(zhuǎn)等效試驗(yàn)研究了小尺度磁流變液延時(shí)機(jī)構(gòu)中孔徑和磁流變液配比的延期時(shí)間調(diào)控能力,提出了小尺度磁流變液延時(shí)機(jī)構(gòu)在不同高轉(zhuǎn)速條件下的延期時(shí)間的調(diào)控方法,為小尺度磁流變液延時(shí)機(jī)構(gòu)的延期時(shí)間的調(diào)控提供了參考。
【學(xué)位單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TJ430.37
【部分圖文】：

小尺度磁流變液延時(shí)機(jī)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究??降低球轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)正速度，達(dá)到延長(zhǎng)延期解除保險(xiǎn)時(shí)間的目的；唐玉娟等［２４】提出壓電驅(qū)動(dòng)??可逆式引信延期解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)，如圖１．２．１?（ｂ）所示，該機(jī)構(gòu)借助逆壓電效應(yīng)使壓電??驅(qū)動(dòng)器的定子在交變信號(hào)作用下蠕動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)足撥動(dòng)滑塊緩緩移動(dòng)，如果信號(hào)反相，??則向相反方向移動(dòng)；鄧炬鋒等［２５］提出新型的微機(jī)電離心隔爆機(jī)構(gòu)，如圖１．２．１?（ｃ）所??示；ＮＣＴａｙｌ〇ｉ＾［２６ｌ提出了活塞控制式水平轉(zhuǎn)子延期機(jī)構(gòu)，如圖１．２．１?（ｄ）所示：ＭａＷ??Ｒ等研究了應(yīng)變速率對(duì)微機(jī)電安全與解除保險(xiǎn)裝置的模擬的影響，表明微機(jī)電安全??與解除保險(xiǎn)裝置的模擬中應(yīng)變率效應(yīng)不應(yīng)被忽視；Ａｎ?Ｊ?Ｙ等ｔ２８Ｈ５計(jì)出組裝電磁線圈和??電磁驅(qū)動(dòng)電路，提高了電子引信安全性；王秀芝等對(duì)分壓組合式裝藥長(zhǎng)延期機(jī)構(gòu)燃??燒機(jī)理進(jìn)行了研究，相對(duì)于傳統(tǒng)火藥延期機(jī)構(gòu)，燃燒過程穩(wěn)定，燃燒速度均勻，延期??時(shí)間精度準(zhǔn)確，燃燒傳播的可靠性較高。??球％＿＾［［＾槽?＿＿好＾區(qū)動(dòng)器動(dòng)??＾１?Ｃ形簧??（ａ）定軌跡球轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)?（ｂ）壓電驅(qū)動(dòng)可逆式延期解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)??〇?轉(zhuǎn)軸?＼??［ｆＶ轉(zhuǎn)銷離心滑塊、基ｆ??后坐滑塊、板彈性片??Ｈ］；??丨■?Ｔ?■器〇丨?水平轉(zhuǎn)??（Ｃ）某微機(jī)電離心隔爆機(jī)構(gòu)?（ｄ）活塞調(diào)控水平轉(zhuǎn)子延期解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)??圖１．２．１?—些新型�。伞箯脚趶椧叛悠诮獬ｋU(xiǎn)機(jī)構(gòu)示意圖??本課題組提出了小尺度磁流變液延時(shí)機(jī)構(gòu)

小尺度磁流變液延時(shí)機(jī)構(gòu)關(guān)鍵技術(shù)研究??降低球轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)正速度，達(dá)到延長(zhǎng)延期解除保險(xiǎn)時(shí)間的目的；唐玉娟等［２４】提出壓電驅(qū)動(dòng)??可逆式引信延期解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)，如圖１．２．１?（ｂ）所示，該機(jī)構(gòu)借助逆壓電效應(yīng)使壓電??驅(qū)動(dòng)器的定子在交變信號(hào)作用下蠕動(dòng)，其驅(qū)動(dòng)足撥動(dòng)滑塊緩緩移動(dòng)，如果信號(hào)反相，??則向相反方向移動(dòng)；鄧炬鋒等［２５］提出新型的微機(jī)電離心隔爆機(jī)構(gòu)，如圖１．２．１?（ｃ）所??示；ＮＣＴａｙｌ〇ｉ＾［２６ｌ提出了活塞控制式水平轉(zhuǎn)子延期機(jī)構(gòu)，如圖１．２．１?（ｄ）所示：ＭａＷ??Ｒ等研究了應(yīng)變速率對(duì)微機(jī)電安全與解除保險(xiǎn)裝置的模擬的影響，表明微機(jī)電安全??與解除保險(xiǎn)裝置的模擬中應(yīng)變率效應(yīng)不應(yīng)被忽視；Ａｎ?Ｊ?Ｙ等ｔ２８Ｈ５計(jì)出組裝電磁線圈和??電磁驅(qū)動(dòng)電路，提高了電子引信安全性；王秀芝等對(duì)分壓組合式裝藥長(zhǎng)延期機(jī)構(gòu)燃??燒機(jī)理進(jìn)行了研究，相對(duì)于傳統(tǒng)火藥延期機(jī)構(gòu)，燃燒過程穩(wěn)定，燃燒速度均勻，延期??時(shí)間精度準(zhǔn)確，燃燒傳播的可靠性較高。??球％＿＾［［＾槽?＿＿好＾區(qū)動(dòng)器動(dòng)??＾１?Ｃ形簧??（ａ）定軌跡球轉(zhuǎn)子機(jī)構(gòu)?（ｂ）壓電驅(qū)動(dòng)可逆式延期解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)??〇?轉(zhuǎn)軸?＼??［ｆＶ轉(zhuǎn)銷離心滑塊、基ｆ??后坐滑塊、板彈性片??Ｈ］；??丨■?Ｔ?■器〇丨?水平轉(zhuǎn)??（Ｃ）某微機(jī)電離心隔爆機(jī)構(gòu)?（ｄ）活塞調(diào)控水平轉(zhuǎn)子延期解除保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)??圖１．２．１?—些新型�。伞箯脚趶椧叛悠诮獬ｋU(xiǎn)機(jī)構(gòu)示意圖??本課題組提出了小尺度磁流變液延時(shí)機(jī)構(gòu)

給上平行板施加垂直的外力，上平行板就會(huì)以一定的速度沿著磁場(chǎng)方向移動(dòng)，若外力??忽大忽小，磁流變液就會(huì)處于交替拉伸壓縮狀態(tài)，該過程中磁流變液的流動(dòng)方向與磁??場(chǎng)方向垂直。雖然上板的移動(dòng)較�。◣缀撩祝�，但是磁流變液產(chǎn)生的阻尼力卻很大。??擠壓模式可用于振動(dòng)阻尼器和隔振器上。??流動(dòng)模式：兩平板固定，在外加壓強(qiáng)的作用，磁流變液在兩板間產(chǎn)生流動(dòng)，其方??向與磁場(chǎng)方向垂直。在外加磁場(chǎng)的作用下，磁流變液中的磁性顆粒由于相互吸引而在??沿磁極Ｎ、Ｓ間的磁力線方向，形成鏈狀結(jié)構(gòu)，從而限制了流體的流動(dòng)，在一定程度??Ｊｌ增加了磁流變液的黏度特性，可通過改變外加磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，來(lái)控制磁流變液的??流動(dòng)阻力。流動(dòng)模式可用于液壓控制閥等磁流變器件，小尺度磁流變液延時(shí)機(jī)構(gòu)也是??采用這種模式。??剪切模型：兩平行平板之間充滿磁流變液，對(duì)上平行板施加外力，就會(huì)使兩平行??平板產(chǎn)生相對(duì)移動(dòng)，外加磁場(chǎng)作用在磁流變液上，方向與平板相對(duì)移動(dòng)的方向垂直。??磁流變液在外加磁場(chǎng)的作用下，產(chǎn)生了抗剪切應(yīng)力，阻礙平行板的相對(duì)移動(dòng)，阻礙能??力在一定范圍內(nèi)隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加而增強(qiáng)。剪切模式可用于制動(dòng)器、離合器、變速??器、鎖緊等磁流變器件。??
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