超磁致伸缩致动器热特性分析及热形变补偿方法研究

发布时间：2022-02-15 22:57

　　超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material,GMM）是一种新型磁控功能材料,可实现电磁能和机械能的双向转换。以GMM为核心元件的超磁致伸缩致动器（Giant Magnetostrictive Actuator,GMA）,具有驱动位移精度高、响应快、结构简单等优异特性。在精密和超精密加工、主动振动控制、流体机械等工程领域具有广阔的应用前景。然而,由于GMM固有的磁滞特性、涡流特性引起的温度变化严重影响着GMA的输出精度,并降低其工作性能,限制了其在精密、超精密驱动设备领域的发展。本文以提高GMA工作精度、拓展其在精密与超精密加工领域的应用为研究目标,对GMM的涡流损耗特性、非线性本构行为以及GMA的温度特性、热补偿控制方法和非线性多场动态耦合本构模型展开了系统研究,研制了具有热补偿功能的GMA。针对时变磁场下GMM的涡流损耗问题,基于麦克斯韦电磁方程及涡流效应,建立了考虑涡流效应及径向磁场分布不均的GMM古典涡流损耗数学模;基于微观磁学理论、MO（Magnetic Object）概念研究了GMM超涡流损耗,并建立了考虑应力影响的超涡流损耗数学模型。利用... 

【文章来源】：沈阳工业大学辽宁省

【文章页数】：67 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 选题依据
        1.1.1 研究背景
        1.1.2 课题来源
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 超磁致伸缩材料（GMM）的研究与发展
        1.2.2 磁致伸缩效应特性的应用研究现状
        1.2.3 超磁致伸缩致动器理论模型研究现状
        1.2.4 超磁致伸缩执行器的热致变形控制技术
    1.3 本课题的研究目的和意义
    1.4 主要工作
第2章 GMM涡流损耗特性的研究
    2.1 引言
    2.2 考虑集肤效应及径向磁场分布的古典涡流损耗
        2.2.1 圆柱坐标系下古典涡流损耗模型
        2.2.2 GMM棒的磁化模型
        2.2.3 考虑集肤效应及径向磁场分布的古典涡流损耗
    2.3 GMM超涡流损耗研究
        2.3.1 GMM的超涡流损耗理论
        2.3.2 GMM棒的应力-磁化模型
        2.3.3 力-超涡流损耗模型
    2.4 本章小结
第3章 考虑热致变形的GMA多物理场耦合建模
    3.1 引言
    3.2 考虑热致变形GMM的多场耦合模型
        3.2.1 GMM的多场应变建模
        3.2.2 GMM非线性瞬态能量本构方程
    3.3 GMA的多物理场动态模型
        3.3.1 动态阻尼应变模型
        3.3.2 动态模型的边界条件
    3.4 模型验证
    3.5 本章小结
第4章 具有热形变补偿功能的GMA设计
    4.1 引言
    4.2 GMA磁路优化设计
        4.2.1 GMA的磁场分布特性分析
        4.2.2 磁路长度对磁场分布特性的影响
    4.3 GMA热变形控制方法及其结构设计
        4.3.1 GMA的温度特性分析
        4.3.2 热致变形补偿控制方法
        4.3.3 考虑热致变形GMA补偿结构的设计
    4.4 本章小结
第5章 实验测试与分析
    5.1 引言
    5.2 GMA实验系统的搭建
    5.3 GMA温度特性及热致变形控制特性研究
    5.4 GMA动静位移态特性研究分析
    5.5 结论
第6章 结论展望
    6.1 总结
    6.2 展望
参考文献
在学研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]具有偏置结构的非对称惯性压电旋转驱动器[J]. 程光明,陈康,温建明,邢春美,曾平,鲍慧璐.  光学精密工程. 2016(09)
[2]超磁致伸缩致动器的小脑神经网络前馈逆补偿-模糊PID控制[J]. 孟爱华,刘成龙,陈文艺,杨剑锋,李明范.  光学精密工程. 2015(03)
[3]基于热力学性能的形状记忆合金驱动器多目标优化[J]. 唐元贵,马艳歌.  中国机械工程. 2013(21)
[4]超磁致伸缩棒磁场强度建模及线圈优化分析[J]. 薛光明,何忠波,李冬伟,李玉龙,杨朝舒.  纳米技术与精密工程. 2014(02)
[5]超磁致伸缩材料动态涡流损耗模型及试验分析[J]. 陶孟仑,陈定方,卢全国,舒亮,赵亚鹏.  机械工程学报. 2012(13)
[6]形状记忆合金线性驱动器的设计及位移特性分析[J]. 李杰锋,沈星,王鑫伟.  机械工程学报. 2012(02)
[7]驱动频率对超磁致伸缩致动器的损耗和温升特性的影响[J]. 李立毅,严柏平,张成明.  中国电机工程学报. 2011(18)
[8]超磁致伸缩致动器的新型磁路设计与分析[J]. 吴家龙,李宝福,张广坤,俞立钧.  现代机械. 2010(03)
[9]超磁致伸缩驱动器磁路优化设计[J]. 赵海涛,何忠波,李中伟.  兵器材料科学与工程. 2008(05)
[10]磁致伸缩致动器的输出位移与输入电流频率关系实验研究[J]. 孙英,王博文,翁玲,黄文美,杨庆新.  电工技术学报. 2008(03)

博士论文
[1]超磁致伸缩材料力磁耦合特性实验研究[D]. 赵沛.兰州大学 2012
[2]超磁致伸缩致动器的磁滞非线性动态模型与控制技术[D]. 曹淑瑛.河北工业大学 2004



本文编号：3627427