超磁致伸缩驱动器的结构优化与磁滞建模分析

发布时间：2024-05-12 17:08

　　超磁致伸缩驱动器(Giant magnetostrictive actuator,简称GMA)具有响应速度快、应变量大、输出力大等优点,能够实现电磁能和机械能或电磁信息和机械位移信息之间相互转换,是微位移驱动器、液压元件和振动控制的重要驱动元件。但超磁致伸缩驱动器具有磁滞非线性特性,限制了超磁致伸缩驱动器的应用范围。因此,对超磁致伸缩驱动器进行结构优化及其磁滞非线性的建模分析,无论在理论和实际工程应用方面都具有重要意义。本文以超磁致伸缩驱动器为研究对象,对预压应力装置、温度补偿系统、磁场结构进行优化设计并仿真分析。采用ANSYS有限元软件对预压力装置进行静力学及模态分析,找出了驱动器的工作频率区间;分析了温度补偿系统的散热性能,表明所设计的温度补偿系统具有良好的降温效果;建立了磁场结构的磁路模型,并采用有限元法对其进行仿真分析,表明了建立的磁路模型是准确的;建立了超磁致伸缩驱动器的磁滞模型,并基于Jiles-Atherton模型建立了GMA的输出力等效模型。研究结果表明:设计的新型的预压应力装置承受最大应力达955MPa,其一阶谐振频率为269.46Hz,其值小于GMA的工作频率,对G...

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 超磁致伸缩材料的研究现状
        1.2.1 超磁致伸缩材料的发展
        1.2.2 超磁致伸缩材料的特性
        1.2.3 超磁致伸缩材料的应用
    1.3 超磁致伸缩驱动器的研究现状
        1.3.1 概述
        1.3.2 超磁致伸缩驱动器的发展
        1.3.3 超磁致伸缩驱动器的温度补偿方法
        1.3.4 超磁致伸缩驱动器的磁滞建模方法
    1.4 选题意义及研究内容
        1.4.1 选题意义
        1.4.2 课题研究难点
        1.4.3 课题研究内容
2 超磁致伸缩驱动器的结构优化设计
    2.1 超磁致伸缩驱动器的结构
    2.2 预压应力装置优化设计
    2.3 温度补偿系统的设计
        2.3.1 驱动器的热源
        2.3.2 热载荷计算
        2.3.3 复合温度控制装置设计
        2.3.4 水冷却系统设计
    2.4 磁场磁路的结构设计
    2.5 驱动器设计结果
    2.6 本章小结
3 超磁致伸缩驱动器关键部件的有限元分析
    3.1 预压应力装置的有限元分析
        3.1.1 有限元模型的建立
        3.1.2 弹簧板强度校核
        3.1.3 预压力装置的模态分析
    3.2 温度补偿系统的有限元分析
        3.2.1 新型温度补偿系统
        3.2.2 稳态热分析
    3.3 磁场结构的有限元分析
        3.3.1 GMM棒上磁场分布建模
        3.3.2 控制磁场均匀性分析
    3.4 本章小结
4 超磁致伸缩驱动器的磁滞非线性建模
    4.1 磁滞非线性模型建立
        4.1.1 Jiles-Atherton模型
        4.1.2 等效力学模型
    4.2 模型求解
        4.2.1 方程离散化
        4.2.2 边界条件处理
        4.2.3 差分格式稳定性判断
        4.2.4 模型的联立求解
    4.3 本章小结
5 超磁致伸缩驱动器磁滞模型的数值仿真分析
    5.1 模型结果的比较分析
        5.1.1 磁滞非线性影响分析
        5.1.2 滞回环的比较
    5.2 讨论参数对模型结果的影响
    5.3 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
致谢
作者简介



本文编号：3971630