精密磁致伸缩致动器的动态非线性多场耦合建模
发布时间:2018-02-14 22:02
本文关键词: 磁致伸缩致动器 非线性多场耦合模型 磁滞行为 涡流损失 出处:《光学精密工程》2016年05期 论文类型:期刊论文
【摘要】:为提高超磁致伸缩致动器(GMA)的精度,描述其在动态和准静态环境下的复杂磁滞行为,设计了具有精密位移输出的GMA,建立了包含磁滞及涡流损失的动态非线性多场耦合模型。首先,采用模块化方法设计了GMA;然后,利用热力学理论和能量守恒定律,建立了超磁致伸缩材料非线性多场耦合本构模型;最后,通过分析材料非线性本构行为与系统结构动态行为间的耦合过程,提出了GMA的动态非线性多场耦合模型。实验分析了能量损失及预紧力对系统特性的影响规律。结果表明:预紧力可改善系统输出特性且存在最佳预紧状态;建立的模型能够较准确预测位移,平均相对误差约为4.5%。另外,随着频率增加,异常和涡流能量损失以及磁滞量会增大,磁滞行为源于磁畴不可逆运动过程中的能量损失。实验还显示:对于精密GMA系统,不能忽略高频涡流效应。建立的模型较准确地描述了动态及准静态环境下GMA的复杂磁滞行为,由于考虑了材料本构行为耦合和系统动态行为耦合,进一步提高了GMA系统的精度。
[Abstract]:In order to improve the accuracy of Giant Magnetostrictive Actuator (GMA), the complex hysteresis behavior of GMA in dynamic and quasi-static environment is described. The dynamic nonlinear multi-field coupling model with hysteresis and eddy current loss is established. Firstly, the modularization method is used to design the GMA.Then, the thermodynamics theory and the law of conservation of energy are used. The nonlinear multi-field coupling constitutive model of giant magnetostrictive materials is established. Finally, the coupling process between the material nonlinear constitutive behavior and the structural dynamic behavior of the system is analyzed. The dynamic nonlinear multi-field coupling model of GMA is proposed. The effects of energy loss and preload on the system characteristics are analyzed experimentally. The results show that the preload force can improve the output characteristics of the system and the optimal preload state exists. The model can predict the displacement accurately, and the average relative error is about 4.5. In addition, with the increase of frequency, the energy loss and hysteresis of anomaly and eddy current will increase. The hysteresis behavior originates from the energy loss in the irreversible motion of the magnetic domain. The experiment also shows that the high frequency eddy current effect can not be ignored for the precise GMA system. The established model accurately describes the complex hysteresis behavior of the GMA in the dynamic and quasi static environment. The accuracy of GMA system is further improved by considering the coupling of constitutive behavior of materials and dynamic behavior of the system.
【作者单位】: 沈阳工业大学机械工程学院;
【基金】:国家自然科学基金资助项目(No.51305277) 教育部博士学科点专项科研基金资助项目(No.20132102120007) 辽宁省博士启动基金资助项目(No.20131080) 中国博士后科学基金特别资助项目(No.2014T70261) 沈阳市科技计划资助项目(No.F15-199-1-14)
【分类号】:TB34
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,本文编号:1511720
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