面向假肢膝關節(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、自然災害頻發(fā),這些不可預測的事故造成肢體殘疾患者大幅增加而人類對醫(yī)學、生物學的研究還未能達到使肢體再生的地步,因此,假肢成為了下肢截肢者恢復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、結構簡單、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,在具備減振功能的智能假肢膝關節(jié)領域具備廣闊的應用前景�，F(xiàn)有的研究中,磁流變假肢膝關節(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)實際應用化。因此,面向假肢膝關節(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,對其產生可控阻尼效應的機理進行了研究,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度;基于假肢膝關節(jié)的實際應用標準和磁流變阻尼器的工作模式,對磁流變阻尼器進行了結構設計和磁路設計,研制了一種面向假肢膝關節(jié)的微納米磁流變液阻尼器�；谠O計的阻尼器結構和參數(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,利用多目標遺傳算法得到了...
【文章頁數(shù)】：72 頁
【學位級別】：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 智能假肢膝關節(jié)的研究現(xiàn)狀
1.2.1 假肢膝關節(jié)國外研究現(xiàn)狀
1.2.2 假肢膝關節(jié)國內研究現(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 國內研究現(xiàn)狀
1.4 磁流變阻尼假肢膝關節(jié)的研究現(xiàn)狀
1.5 本文主要研究內容
第2章 微納米磁流變液阻尼器的設計與理論研究
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及飽和磁感應強度
2.2 阻尼器的設計理論
2.2.1 阻尼器結構設計
2.2.2 阻尼器參數(shù)設計理論
2.2.3 阻尼器磁路設計理論
2.3 本章小結
第3章 微納米磁流變液阻尼器的多目標結構參數(shù)優(yōu)化設計
3.1 優(yōu)化理論
3.1.1 優(yōu)化設計概述
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)化目標與限制條件
3.3.2 優(yōu)化流程
3.4 優(yōu)化結果分析
3.4.1 響應面分析
3.4.2 Pareto解集
3.5 本章小結
第4章 微納米磁流變液阻尼器的磁路設計與有限元分析
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 磁場仿真結果與討論
4.2.1 不同電流下的仿真結果與分析
4.2.2 優(yōu)化前后的仿真結果對比與分析
4.3 本章小結
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定
5.1.3 溫控儀的選型
5.1.4 測力傳感器的選型與標定
5.1.5 應變放大器的選型
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 程序的編寫調試
5.2.3 測試步驟
5.3 實驗結果與分析
5.4 本章小結
第6章 結論與展望
6.1 總結
6.2 展望
參考文獻
致謝
作者攻讀學位期間所開展的科研項目和發(fā)表的學術論文
作者在攻讀碩士學位期間所獲得的獎勵
本文編號：4002751
【文章頁數(shù)】：72 頁
【學位級別】：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 智能假肢膝關節(jié)的研究現(xiàn)狀
1.2.1 假肢膝關節(jié)國外研究現(xiàn)狀
1.2.2 假肢膝關節(jié)國內研究現(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 國內研究現(xiàn)狀
1.4 磁流變阻尼假肢膝關節(jié)的研究現(xiàn)狀
1.5 本文主要研究內容
第2章 微納米磁流變液阻尼器的設計與理論研究
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及飽和磁感應強度
2.2 阻尼器的設計理論
2.2.1 阻尼器結構設計
2.2.2 阻尼器參數(shù)設計理論
2.2.3 阻尼器磁路設計理論
2.3 本章小結
第3章 微納米磁流變液阻尼器的多目標結構參數(shù)優(yōu)化設計
3.1 優(yōu)化理論
3.1.1 優(yōu)化設計概述
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)化目標與限制條件
3.3.2 優(yōu)化流程
3.4 優(yōu)化結果分析
3.4.1 響應面分析
3.4.2 Pareto解集
3.5 本章小結
第4章 微納米磁流變液阻尼器的磁路設計與有限元分析
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 磁場仿真結果與討論
4.2.1 不同電流下的仿真結果與分析
4.2.2 優(yōu)化前后的仿真結果對比與分析
4.3 本章小結
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定
5.1.3 溫控儀的選型
5.1.4 測力傳感器的選型與標定
5.1.5 應變放大器的選型
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 程序的編寫調試
5.2.3 測試步驟
5.3 實驗結果與分析
5.4 本章小結
第6章 結論與展望
6.1 總結
6.2 展望
參考文獻
致謝
作者攻讀學位期間所開展的科研項目和發(fā)表的學術論文
作者在攻讀碩士學位期間所獲得的獎勵
本文編號：4002751
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