面向假肢膝關(guān)節(jié)的微納米磁流變液阻尼器及其性能研究
發(fā)布時間：2024-07-06 22:49
全球每年交通意外、自然災(zāi)害頻發(fā),這些不可預(yù)測的事故造成肢體殘疾患者大幅增加而人類對醫(yī)學(xué)、生物學(xué)的研究還未能達(dá)到使肢體再生的地步,因此,假肢成為了下肢截肢者恢復(fù)其正常行走功能的重要工具。磁流變阻尼器因其具有靈活性好、結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定并且能在小功率的情況下輸出連續(xù)可控阻尼力的優(yōu)點(diǎn),在具備減振功能的智能假肢膝關(guān)節(jié)領(lǐng)域具備廣闊的應(yīng)用前景�，F(xiàn)有的研究中,磁流變假肢膝關(guān)節(jié)中的磁流變阻尼器體積較大,較為笨重,步態(tài)識別和穿戴者舒適度沒有保障,且理論研究還未能很好的實現(xiàn)實際應(yīng)用化。因此,面向假肢膝關(guān)節(jié)性能要求的磁流變阻尼器的研究具有重要的理論意義和應(yīng)用價值。本文通過向傳統(tǒng)的磁流變液中添加納米磁性顆粒研制出了一種性能更好的新型微納米磁流變液,對其產(chǎn)生可控阻尼效應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行了研究,并通過初步實驗,驗證了微納米磁流變液在外加磁場作用下的可控阻尼性能和飽和磁場強(qiáng)度;基于假肢膝關(guān)節(jié)的實際應(yīng)用標(biāo)準(zhǔn)和磁流變阻尼器的工作模式,對磁流變阻尼器進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計和磁路設(shè)計,研制了一種面向假肢膝關(guān)節(jié)的微納米磁流變液阻尼器�；谠O(shè)計的阻尼器結(jié)構(gòu)和參數(shù),提出了以微納米磁流變液阻尼器的體積和功耗作為主要優(yōu)化目標(biāo),利用多目標(biāo)遺傳算法得到了...
【文章頁數(shù)】：72 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 課題研究背景及意義
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意義
1.2 智能假肢膝關(guān)節(jié)的研究現(xiàn)狀
1.2.1 假肢膝關(guān)節(jié)國外研究現(xiàn)狀
1.2.2 假肢膝關(guān)節(jié)國內(nèi)研究現(xiàn)狀
1.3 磁流變阻尼器的研究現(xiàn)狀
1.3.1 磁流變液介紹
1.3.2 國外研究現(xiàn)狀
1.3.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
1.4 磁流變阻尼假肢膝關(guān)節(jié)的研究現(xiàn)狀
1.5 本文主要研究內(nèi)容
第2章 微納米磁流變液阻尼器的設(shè)計與理論研究
2.1 微納米磁流變液
2.1.1 磁流變液的基本組成和工作原理
2.1.2 微納米磁流變液的研制與法向力特性研究
2.1.3 微納米磁流變液的可控阻尼效應(yīng)及飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度
2.2 阻尼器的設(shè)計理論
2.2.1 阻尼器結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.2.2 阻尼器參數(shù)設(shè)計理論
2.2.3 阻尼器磁路設(shè)計理論
2.3 本章小結(jié)
第3章 微納米磁流變液阻尼器的多目標(biāo)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計
3.1 優(yōu)化理論
3.1.1 優(yōu)化設(shè)計概述
3.1.2 Matlab優(yōu)化工具箱簡介
3.2 影響阻尼器性能的參數(shù)分析
3.2.1 微納米磁流變液阻尼器的功率
3.2.2 微納米磁流變液阻尼器的體積
3.2.3 微納米磁流變液阻尼器的阻尼可調(diào)系數(shù)
3.3 微納米磁流變液阻尼器的參數(shù)優(yōu)化
3.3.1 優(yōu)化目標(biāo)與限制條件
3.3.2 優(yōu)化流程
3.4 優(yōu)化結(jié)果分析
3.4.1 響應(yīng)面分析
3.4.2 Pareto解集
3.5 本章小結(jié)
第4章 微納米磁流變液阻尼器的磁路設(shè)計與有限元分析
4.1 創(chuàng)建物理環(huán)境
4.1.1 磁場及材料的定義
4.1.2 微納米磁流變液阻尼器模型的建立與網(wǎng)格的劃分
4.1.3 施加邊界條件和電流載荷
4.2 磁場仿真結(jié)果與討論
4.2.1 不同電流下的仿真結(jié)果與分析
4.2.2 優(yōu)化前后的仿真結(jié)果對比與分析
4.3 本章小結(jié)
第5章 微納米磁流變液阻尼器的性能分析與實驗研究
5.1 性能測試的原理與各模塊選型
5.1.1 性能測試的原理
5.1.2 溫度傳感器的選型與標(biāo)定
5.1.3 溫控儀的選型
5.1.4 測力傳感器的選型與標(biāo)定
5.1.5 應(yīng)變放大器的選型
5.1.6 數(shù)據(jù)采集卡的選型
5.1.7 伺服電機(jī)的選型
5.2 測試系統(tǒng)
5.2.1 測試平臺的搭建
5.2.2 程序的編寫調(diào)試
5.2.3 測試步驟
5.3 實驗結(jié)果與分析
5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
6.1 總結(jié)
6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者攻讀學(xué)位期間所開展的科研項目和發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
作者在攻讀碩士學(xué)位期間所獲得的獎勵
本文編號：4002751
【文章頁數(shù)】：72 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
1.1 課題研究背景及意義
1.1.1 研究背景
1.1.2 研究意義
1.2 智能假肢膝關(guān)節(jié)的研究現(xiàn)狀
1.2.1 假肢膝關(guān)節(jié)國外研究現(xiàn)狀
1.2.2 假肢膝關(guān)節(jié)國內(nèi)研究現(xiàn)狀
1.3 磁流變阻尼器的研究現(xiàn)狀
1.3.1 磁流變液介紹
1.3.2 國外研究現(xiàn)狀
1.3.3 國內(nèi)研究現(xiàn)狀
1.4 磁流變阻尼假肢膝關(guān)節(jié)的研究現(xiàn)狀
1.5 本文主要研究內(nèi)容
第2章 微納米磁流變液阻尼器的設(shè)計與理論研究
2.1 微納米磁流變液
2.1.1 磁流變液的基本組成和工作原理
2.1.2 微納米磁流變液的研制與法向力特性研究
2.1.3 微納米磁流變液的可控阻尼效應(yīng)及飽和磁感應(yīng)強(qiáng)度
2.2 阻尼器的設(shè)計理論
2.2.1 阻尼器結(jié)構(gòu)設(shè)計
2.2.2 阻尼器參數(shù)設(shè)計理論
2.2.3 阻尼器磁路設(shè)計理論
2.3 本章小結(jié)
第3章 微納米磁流變液阻尼器的多目標(biāo)結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計
3.1 優(yōu)化理論
3.1.1 優(yōu)化設(shè)計概述
3.1.2 Matlab優(yōu)化工具箱簡介
3.2 影響阻尼器性能的參數(shù)分析
3.2.1 微納米磁流變液阻尼器的功率
3.2.2 微納米磁流變液阻尼器的體積
3.2.3 微納米磁流變液阻尼器的阻尼可調(diào)系數(shù)
3.3 微納米磁流變液阻尼器的參數(shù)優(yōu)化
3.3.1 優(yōu)化目標(biāo)與限制條件
3.3.2 優(yōu)化流程
3.4 優(yōu)化結(jié)果分析
3.4.1 響應(yīng)面分析
3.4.2 Pareto解集
3.5 本章小結(jié)
第4章 微納米磁流變液阻尼器的磁路設(shè)計與有限元分析
4.1 創(chuàng)建物理環(huán)境
4.1.1 磁場及材料的定義
4.1.2 微納米磁流變液阻尼器模型的建立與網(wǎng)格的劃分
4.1.3 施加邊界條件和電流載荷
4.2 磁場仿真結(jié)果與討論
4.2.1 不同電流下的仿真結(jié)果與分析
4.2.2 優(yōu)化前后的仿真結(jié)果對比與分析
4.3 本章小結(jié)
第5章 微納米磁流變液阻尼器的性能分析與實驗研究
5.1 性能測試的原理與各模塊選型
5.1.1 性能測試的原理
5.1.2 溫度傳感器的選型與標(biāo)定
5.1.3 溫控儀的選型
5.1.4 測力傳感器的選型與標(biāo)定
5.1.5 應(yīng)變放大器的選型
5.1.6 數(shù)據(jù)采集卡的選型
5.1.7 伺服電機(jī)的選型
5.2 測試系統(tǒng)
5.2.1 測試平臺的搭建
5.2.2 程序的編寫調(diào)試
5.2.3 測試步驟
5.3 實驗結(jié)果與分析
5.4 本章小結(jié)
第6章 結(jié)論與展望
6.1 總結(jié)
6.2 展望
參考文獻(xiàn)
致謝
作者攻讀學(xué)位期間所開展的科研項目和發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
作者在攻讀碩士學(xué)位期間所獲得的獎勵
本文編號：4002751
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