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高雷诺数下悬架减振器涡致振动能量再生研究
| 论文题名： | 高雷诺数下悬架减振器涡致振动能量再生研究 |
| 关键词： | 汽车悬架;减振器;涡致振动;压电俘能;流固耦合;风道试验 |
| 摘要： | 本文针对车辆控制系统的微电源问题，以汽车悬架为研究对象，提出回收行驶中减振器后部流场振动能量的新方案，进行涡旋形态特征分析，设计压电俘能器。主要研究内容如下： (1)建立道路模型和悬架动力学模型，结合所研究车辆的工作路况与行驶车速，对整车及悬架的运动状态进行仿真分析，得到车身加速度、悬架动挠度、轮胎动载荷三个方面的运动输出响应，确定减振器弹簧的压缩量。 (2)根据弹簧压缩状态，建立减振器的变截面圆柱三维简化模型，并在不同车速和雷诺数下，针对其绕流尾涡形态进行仿真计算。结果表明：绕流后尾涡的大小、形态、上升角等均受到圆柱直径、雷诺数以及边界条件的影响，并在变截面处验证了“下洗”运动对涡旋分布以及发展的直接作用；确定了涡旋压力分布的角度，为涡致振动压电能量回收提供了理论支持；在有界的三种高雷诺数流场下对变截面圆柱绕流涡旋重新分区，并观测到两种新的涡旋连接方式。 (3)根据压电本构方程与系统耦合方程，建立涡致振动压电俘能双向流固耦合模型，从流速、压电片位置、压电片尺寸方面进行尾涡压电俘能仿真计算。结果显示：最佳安装位置与风速和圆柱直径相关，小圆柱后回收压电能量的最佳位置在距离中轴线后D位置处；大圆柱后的最佳位置，分别在2D处（中高速时）和4D处（低速时）；120mm长的压电片更适合尾涡压电馈能，均峰值电压最大为2.41V。 (4)搭建1:1试验台架，采集绕流尾涡的压电电压。所得试验结果与仿真数据基本一致，验证了建模及仿真的正确性。 通过本文的研究，将流致振动与压电俘能应用到车辆悬架系统中，优化后的新型结构方案能够有效回收涡旋振动能量。利用起始逃逸高度差Δh可以验证“下洗”运动对N区边缘涡生长演化作用，所观测到的异侧半环连接、同侧双半环连接两种新的涡旋连接方式，为涡旋形态控制和悬架俘能装置的设计提供了理论依据。结构方案、流场分析和试验结果表明，本文所提出的涡致振动压电俘能方法是设计车载微电源的一种有效途径。 |
| 作者： | 李明星 |
| 专业： | 车辆工程 |
| 导师： | 柳江 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 青岛理工大学 |
| 学位年度： | 2021 |
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