超磁致伸缩微致动器的磁场有限元分析

作为超精密隔振系统的核心部件，超磁致伸缩微致动器的工作性能直接影响隔振精度。在建立超磁致伸缩微致动器的轴对称模型的基础上．利用有限元方法对致动器的磁场进行分析，并通过数值积分方法计算在不同励磁电流下超磁致伸缩棒的伸长量，根据计算结果对致动器的线性工作范围作出了有效的估计。     

超磁致伸缩泵驱动磁路建模及数值分析

提出了一种面向固液混合作动器的新型超磁致伸缩泵结构。对超磁致伸缩泵驱动磁路进行了数学建模,采用有限元法对其磁场分布进行了数值模拟,并与理论计算结果进行对比,发现超磁致伸缩棒上磁感应强度的理论计算值与仿真结果基本吻合。采用磁场有限元法分析了超磁致伸缩棒的轴向磁场与径向磁场均匀性,发现径向磁场均匀性明显高于轴向;针对不同长度的棒进行了轴向磁场均匀性分析,揭示了其影响与作用规律;在此基础上对驱动磁场进行了动态数值模拟,发现在输入电压恒定时超磁致伸缩棒内的磁感应强度随着输入信号频率的提高而衰减,实验与仿真结果的对比验证了仿真的正确性。     

超磁致伸缩致动器热变形影响及温控研究

在分析超磁致伸缩致动器热变形影响的基础上，结合实验论证，构建了在大电流、长时间且高精度场合下能对致动器进行整体温控的装置。设计并制作了一台超磁致伸缩致动器样机，在其电磁线圈的骨架中设置了内外两个水冷腔。通过恒温水的循环流动，带走线圈热量，以控制磁致伸缩棒和壳体的温度。进行了多组热变形对比实验，结果表明，致动器的整体温控装置有效地抑制了致动器的热变形影响，适合于大电流、高精度场合。     

新型阀用超磁致伸缩致动器结构设计与实验研究

为减小阀用超磁致伸缩致动器的体积,提出一种新型超磁致伸缩致动器,设计了其关键部件,最后通过实验分析了其静、动态特性.该新型超磁致伸缩致动器采用非磁性不锈钢套筒安装超磁致伸缩筒料和棒料的结构进行位移传递.设计了以碟簧为核心的预压机构、超磁致伸缩棒料和筒料、位移传递套筒、驱动线圈等超磁致伸缩致动器关键部件.实验表明,该致动器在工作区段最大输出位移可达100 μm,且在低频驱动(0 ～200 Hz)下动态特性良好.该新型超磁致伸缩致动器可以在保证与传统超磁致伸缩致动器低频输出特性基本一致的前提下减小了自身体积.     

稀土超磁致伸缩致动器

研究稀土超磁致伸缩材料TbDyFe2合金的物理、机械性能,并根据此提出超磁致伸缩致动器的工作原理.根据TbDyFe2合金的磁学性能要求,分析励磁线圈及磁回路设计结构.通过对样机的设计、制作,归纳出稀土超磁致伸缩致动器的一般设计方法,并测试、验证部分理论分析结果.     

大功率超磁致伸缩作动器的仿真与试验

分析了结构参数对大功率超磁致伸缩作动器动态性能的影响。为了提高作动器的动态性能,其驱动线圈采用减少匝数、增加线径、大电流驱动的设计方案;选取了超磁致伸缩材料(GMM)棒最佳的预压应力和磁场强度,计算确定了GMM棒的几何参数;建立了以牛顿第二定律为基础的作动器阶跃响应、参数变化的模型,利用MATLAB对其进行了仿真分析。结果表明,GMM棒长度和直径、负载端质量对作动器力和位移输出有重要影响。研究结果可为超磁致伸缩作动器的结构优化与设计提供参考。     

超磁致伸缩致动器优化设计与特性测试

设计了超磁致伸缩致动器(GMA),对线圈尺寸及绕线进行了优化设计,并测试了超磁致伸缩致动器的静、动态特性。在分析超磁致伸缩材料特性的基础上设计了GMA基本结构,并确定了偏置磁场的加载方式。研究了线圈尺寸参数对线圈轴线上磁场分布和线圈的电-磁转换效率两方面的影响,优化设计了线圈的尺寸;提出了线圈功耗表达式并分析了绕线直径对功耗的影响,择优选取了绕线。实验表明GMA具有较好的静态、动态特性,且GMA工作特性与设计参数相吻合,证明了线圈优化设计的合理性。     

用于超精密隔振的稀土超磁致伸缩致动器设计

介绍了超精密隔振平台的结构和振动控制原理 ,设计了稀土超磁致伸缩致动器作为驱动装置 ,并阐明致动器的结构和工作原理 ;分析了致动器工作磁场的组成及线圈轴向磁场的分布情况 ;研究了致动器振动控制的频率特性。实验表明所设计的稀土超磁致伸缩致动器具有良好的振动控制效果。     

基于位移传递机构的超磁致伸缩致动器磁场分析

为放大超磁致伸缩致动器的位移,设计了位移传递机构以叠加致动器中超磁致伸缩棒和筒的输出。针对该致动器中棒和筒的磁场分布问题,基于有限元法建立了磁场强度的计算电磁学模型,并利用ANSYS软件进行了仿真。通过仿真得到了棒和筒上任一点磁场强度,并基于一种新的平均化方法确定了截面磁场强度平均值;最后得到位移传递机构取不同磁导率时棒和筒上磁场强度的轴向分布规律。     

电控喷油器用超磁致伸缩致动器发展现状

电控喷油器用致动器的性能,对喷油器喷油特性以及发动机工作性能具有重大影响。探讨了应用超磁致伸缩材料作为换能元件的超磁致伸缩致动器在电控喷油器中的应用现状。首先,介绍了超磁致伸缩致动器的发展背景;其次,简要介绍了超磁致伸缩材料的作用机理、优良特性以及超磁致伸缩致动器的结构原理;然后,将电控喷油器按照致动器通电工作方式、驱动方式的不同进行分类,系统梳理了超磁致伸缩致动器应用于电控喷油器的研究现状;最后,展望了电控喷油器用致动器的发展方向。     

Magnetostrictive and Kinematic Model Considering the Dynamic Hysteresis and Energy Loss for GMA

Due to the influence of magnetic hysteresis and energy loss inherent in giant magnetostrictive materials (GMM), output displacement accuracy of giant magnetostrictive actuator (GMA) can not meet the precision and ultra precision machining. Using a GMM rod as the core driving element, a GMA which may be used in the field of precision and ultra precision drive engineering is designed through modular design method. Based on the Armstrong theory and elastic Gibbs free energy theory, a nonlinear magnetostriction model which considers magnetic hysteresis and energy loss characteristics is established. Moreover, the mechanical system differential equation model for GMA is established by utilizing D’Alembert’s principle. Experimental results show that the model can preferably predict magnetization property, magnetic potential orientation, energy loss for GMM. It is also able to describe magnetostrictive elongation and output displacement of GMA. Research results will provide a theoretical basis for solving the dynamic magnetic hysteresis, energy loss and working precision for GMA fundamentally.     

精密磁致伸缩致动器的动态非线性多场耦合建模

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。     

超磁致伸缩致动器的新型磁路设计与分析

本文提出了超磁伸缩致动器(GMA)的新型磁路结构,从而对GMA中存在的温升问题提出了解决方案。对现有GMA及其磁路进行了分析,在此基础上提出新型磁路结构。此磁路由环形超磁致伸缩材料(GMM)及导磁材料构成。新型GMA结构中线圈所产生的功耗要远低于现有GMA,并且环状GMM可以有效地将线圈和GMM隔离,从而降低了由于温升过大导致GMM棒热变形的影响。     

超磁致伸缩驱动器建模及其迟滞补偿

本文提出了用超磁致伸缩材料与压曲放大机构相结合构成微位移驱动器的方法,建立了超磁致伸缩执行器的控制系统传递函数模型。文中对所建立的系统进行了相频和幅频特性的理论分析和实验,合理地解释了此系统的迟滞曲线随输入信号频率变化的原因。为了进行迟滞非线性补偿,提出了相位补偿与迟滞逆模型相结合来补偿迟滞特性的控制方法。实验结果证明了系统理论模型的准确性和补偿控制方法的有效性。     

复合抽油杆旋转装置的研制

为了防治抽油杆偏磨和断脱,研制了复合抽油杆旋转装置。该装置将弹簧的弹性形变引起的垂直运动转变为旋转运动,实现了抽油杆的自动间歇旋转,达到抽油杆均匀磨损的目的。利用弹簧吸收释放能量,又避免了冲击载荷的产生,减少了抽油杆断脱现象的发生,延长了抽油杆和传动零件的使用寿命。现场应用表明,该装置可以延长油井的免修期,有较好的应用前景。     

基于ABAQUS的连杆疲劳分析

为了全面地考察连杆受到的动态疲劳载荷,在发动机标定工况下,利用转动惯量法对连杆进行了运动学和动力学分析。基于临界平面法,用ABAQUS软件进行二次开发得到了连杆的疲劳计算模块。采用有限元方法分析计算了连杆的疲劳寿命。整个过程是在ABAQUS软件中用Python语言编程来实现的。数值计算结果显示,与传统的最大拉压工况结果相比,在发动机标定工况下得到的计算结果能比较全面地反映连杆的疲劳特性,表明该数值计算方法正确,二次开发程序可行。     

基于GMA喷嘴挡板伺服阀的动态特性

提出基于GMA喷嘴挡板伺服阀的新结构,研制了GMM电－机械转换器及其喷嘴挡板伺服阀,分析其结构特点与需要解决的关键技术,建立动态数学模型。构建基于GMA喷嘴挡板伺服阀动态特性的试验系统,试验研究GMA喷嘴挡板伺服阀的阶跃和幅频响应特性,试验测得其阶跃响应上升时间为1 ms、幅频宽达680 Hz;将试验结果与仿真结果进行对比分析,两者基本吻合,论证动态数学模型的正确性。研究结果表明,用GMM设计新型电—机械转换器,可提高喷嘴挡板阀乃至整个电液伺服系统的频响和精度。     

影响超磁致伸缩执行器中逆效应性能的主要因素

超磁致伸缩材料(GMM)是一种具有双向可逆换能效应(磁-机、机-磁)的新型功能材料,利用其逆效应在超磁致伸缩执行器(GMA)驱动过程中感知出传感信号,可实现自感知执行器.探讨超磁致伸缩逆效应的机理,设计一种试验方法,验证了超磁致伸缩执行器中的磁致伸缩逆效应.揭示预压应力、偏置磁场和激振力频率等因素对超磁致伸缩逆效应性能的影响规律,预压应力越大则逆效应性能越差,适当的偏置磁场可使逆效应性能显著增强,激振力频率越高,力感知灵敏度越高,但不成简单的正比关系.试验证明了GMA作力传感器有效性,提出一种分时结构的自感知GMA.     

油膜轴承专用GMM激励器动态性能研究

本文对油膜轴承专用GMM激励器(GMA)的动态性能进行了研究。通过所设计的GMA动态性能试验台,测试GMA输出位移信号与输入电流信号之间的幅值比和相位差随激励信号频率及施加于GMA上的预应力之间的变化关系。在建立了动态性能试验台的动态理论模型基础上,结合动态响应性能测试结果,计算获取GMA场耦合系数d33和阻尼比ζ两个动态特性参数。     

基于渐进法的约束阻尼结构拓扑多目标动力学优化

为实现阻尼结构减振优化,从阻尼材料的力学本构出发,基于虚功原理建立了约束阻尼板动力学平衡方程,从阻尼耗能角度推导出模态损耗因子解析计算式。构建了以模态损耗因子最大且模态频率变动最小为目标、以阻尼材料用量为约束的阻尼板多目标优化数学模型。在对模态损耗因子及模态频率灵敏度进行推导的基础上,构建了归一化复合灵敏度算式,并引入拓扑渐进法求解优化模型。编制出阻尼板渐近法优化程序,并对阻尼板进行了优化仿真。结果显示,采用多目标拓扑渐进优化,既能大幅提高阻尼材料的减振效能,又能保证阻尼板频率特性的稳定,且可较大幅度地降低阻尼材料用量。对阻尼板进行了谐响应分析,验证了优化结果的有效性。该优化法在对结构动力学特性有严格要求的减振设计中存在应用前景。