用于板料渐进成形的超磁致伸缩超声振动装置的研究与设计

发布时间：2023-12-24 10:21

　　超声振动板料渐进成形是在普通板料渐进成形的基础上给工具头施加超声振动,能够改善板料的成形极限,减小成形力,降低板料回弹,提高板料的表面质量等优势。超声振动系统通常包括超声波电源和超声振动装置,超声振动装置设计的好坏会对超声加工的效果产生直接影响,研究与设计大功率、大振幅、性能稳定的超声振动装置对整个超声加工领域的发展具有重要的意义。本文设计了带有工具杆的圆锥过渡阶梯形变幅杆以及棒形超磁致伸缩换能器、窗形超磁致伸缩换能器、半波长超磁致伸缩换能器。对变幅杆和换能器进行动力学仿真分析,对变幅杆进行了优化设计,通过实验验证了设计的正确性。并对换能器的偏置磁场、驱动磁场进行了设计。为了减小换能器的发热,设计冷却系统对换能器进行冷却。采用ansoft Maxwell有限元软件对超磁致伸缩换能器进行了磁分析,研究了磁路间隙对GMM(Giant Magnetostrictive Material,简称GMM)棒内的磁场强度与磁场均匀度的影响,通过仿真发现磁路间隙与GMM棒内的磁场强度和磁场均匀度成反比;当导磁圆筒的槽宽为6 mm时,GMM棒内的磁场均匀度最高;并在永磁体与GMM棒之间添加导磁片的厚度约...

【文章页数】：76 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究的背景意义
    1.2 超声振动系统的研究
    1.3 磁致伸缩换能器的研究现状
    1.4 本论文的主要研究内容
2 超磁致伸缩超声换能器的设计
    2.1 超磁致伸缩换能器的原理分析
    2.2 超磁致伸缩换能器的结构设计
        2.2.1 超声换能器设计的理论基础
        2.2.2 圆锥过渡阶梯型变幅杆的设计
        2.2.3 工具杆的设计
        2.2.4 棒形超磁致伸缩换能器的设计
        2.2.5 窗形超磁致伸缩换能器的设计
        2.2.6 半波长超磁致伸缩换能器的设计
    2.3 超磁致伸缩换能器的磁路设计
        2.3.1 偏置磁场的设计
        2.3.2 驱动磁场的设计
    2.4 超磁致伸缩换能器的冷却系统设计
    2.5 本章小结
3 超磁致伸缩换能器的仿真与分析
    3.1 有限元方法分析的理论基础
    3.2 基于ANSYS的复合形变幅杆的动力学分析
        3.2.1 圆锥过渡阶梯形变幅杆的模态分析
        3.2.2 圆锥过渡阶梯形变幅杆的优化设计
        3.2.3 圆锥过渡阶梯形变幅杆的谐响应分析
    3.3 超磁致伸缩换能器的模态分析
        3.3.1 棒形换能器和窗形换能器的模态分析
        3.3.2 半波长换能器的模态分析
    3.4 超磁致伸缩换能器的磁场分析
        3.4.1 磁场均匀度的研究
        3.4.2 超磁致伸缩换能器的磁路优化设计
        3.4.3 超磁致伸缩换能器的涡流分析
    3.5 超磁致伸缩换能器的热分析
        3.5.1 GMM棒的磁滞损耗分析
        3.5.2 GMM棒的涡流损耗分析及优化
        3.5.3 线圈电阻损耗分析
        3.5.4 换能器的温度场仿真分析
    3.6 本章小结
4 电能传输装置的设计
    4.1 接触式电能传输装置的设计
    4.2 非接触式电能传输装置的设计
        4.2.1 磁芯材料的选择
        4.2.2 非接触式变压器参数的计算
        4.2.3 电路补偿结构分析
        4.2.4 非接触式电能传输装置的仿真分析
        4.2.5 非接触式电能传输装置的实验研究
    4.3 本章小结
5 超磁致伸缩换能器的试验研究
    5.1 导磁材料对棒形超磁致伸缩换能器的影响
    5.2 导磁体的槽宽对超磁致伸缩换能器振动性能的影响
    5.3 GMM棒的结构对超磁致伸缩换能器振动性能的影响
    5.4 棒形换能器和窗形换能器的结构研究
        5.4.1 棒形换能器和窗形换能器的磁场分析
        5.4.2 棒形换能器和窗形换能器的试验测试
    5.5 本章小结
6 总结与展望
    6.1 总结
    6.2 展望
致谢
参考文献
攻读学位期间主要研究成果



本文编号：3874318