超磁致伸缩微位移致动器的研究

 基于超磁致伸缩材料的磁致伸缩特性设计了一种用于微位移驱动的致动器．分析了致动器工作磁场的组成，计算了线圈的工作电流，并以此为依据设计了稳流电源．分析结果表明，设计的稳流电源满足工作要求；线圈提供的工作磁场能够保证超磁致伸缩棒工作在线性区域。     

超磁致伸缩棒磁场强度建模及线圈优化分析

超磁致伸缩棒上的磁场强度对超磁致伸缩致动器(GMA)至关重要,因其幅值和上升、下降时间直接影响致动器的输出力和响应时间.建立电压到磁场强度的模型,并提出较合理的线圈优化方案.将线圈充、放电过程简化为一阶RL线性电路的暂态过程,计算得到线圈电流,并根据线圈电流建立超磁致伸缩棒上的磁场强度模型.由模型可知,致动器尺寸有限制时,棒上磁场强度的优化应主要考虑线圈匝数;通过分析线圈匝数对磁场强度稳态值、上升时间和下降时间的影响确定匝数的取值范围.向线圈施加不同频率和幅值的方波电压信号,得到的模型曲线与测得的实验结果相吻合,从而验证了模型的正确性.     

GMA的温度特性分析及热形变被动补偿方法研究

利用超磁致伸缩材料的磁致伸缩效应特性制成的磁致伸缩智能构件,位移输出精度可达亚微米级,这为精密与超精密加工领域提供了新的驱动解决方案,这种精密微驱动过程是依靠智能材料的功能性实现的。然而,在磁致伸缩智能构件工作过程中,线圈的焦耳热损耗、材料磁滞与涡流损耗等因素会导致其温度升高,并伴随着材料出现热变形、磁致伸缩系数不稳定等问题,从而严重影响系统的输出性能。为降低温升对磁致伸缩智能构件工作性能的影响,对超磁致伸缩致动器的温度变化特性进行了深入分析,提出一种热形变被动补偿机构,完成了具有热形变自补偿功能的超磁致伸缩致动器设计。实验结果表明,磁致伸缩致动器的主要发热形式和发热源,取决于激励电流形式、工作频率;所设计的超磁致伸缩致动器在工作过程中能够对热形变自动进行补偿。研究结果为提高磁致伸缩智能构件在精密与超精密驱动领域应用过程中的工作精度提供了一种途径。     

超磁致伸缩驱动器设计准则的建立

在分析超磁致伸缩材料的工作特性、超磁致伸缩驱动器的基本结构与工作原理的基础上,给出了超磁致伸缩驱动器的设计准则．在所提出的设计准则指导下,开发了用于振动主动控制的超磁致伸缩驱动器,并对其主要特性参数进行了测量．实验结果表明,该驱动器的输出性能达到了设计要求。验证了该设计准则的有效性和实用性．     

伺服阀用超磁致伸缩致动器结构设计及输出位移建模

针对传统永磁偏置式超磁致伸缩致动器轴向偏置磁场均匀性较差的问题,设计了一种具有分布式永磁体偏置结构的阀用超磁致伸缩致动器;采用控制变量的方法,在限定超磁致伸缩致动器结构尺寸的条件下,通过改变超磁致伸缩棒的段数,对致动器偏置磁场进行仿真分析,并确定了最佳分布结构;基于磁阻理论、J-A模型、二次畴转模型及振动理论知识建立了阀用超磁致伸缩致动器的输出位移模型,并通过Matlab中lsim函数对致动器的阶跃响应及谐波响应进行了数值求解;为验证结构设计的合理性和模型的准确性,搭建了该致动器的试验系统,并进行了阶跃响应及谐波响应试验;结果表明:所设计的阀用超磁致伸缩致动器阶跃响应时间可达2.37 ms,在20 Hz到200 Hz的驱动频率范围内,试验结果与模型计算结果基本吻合,证明了模型的准确性。     

磁致伸缩作动器的设计与性能分析

在分析超磁致伸缩材料特性的基础上设计了一种微位移作动器．通过有限元分析，对作动器的结构进行优化，得到均匀的偏置磁场和激励磁场；设计了预压力加栽结构和强制冷却结构．对该作动器的动、静态性能进行了测试，结果表明：作动器基本上工作在线性区域内，其位移伸缩量大，低频动态性能较好，高频谐波分量影响较小，相位延迟较小，同时也证明了对作动器的磁场分析和结构优化是正确的．     

超磁致仲缩材料在心血管支架加工中微进给补偿控制中的研究

基于超磁致伸缩材料特性对微位移进给进行研究,设计了磁致伸缩致动器应用于心血管支架的加工,建立了致动器的传递函数模型。同时针对超磁致伸缩材料受温度,预紧力等因素影响对位移输出产生较大偏差,设计了PID调节器,并对磁致伸缩致动器控制系统给出了基于MATLAB的仿真,并在此基础上进行了离散化,得到了数字控制系统,并应用到实际中,并对实际输出位移进行对比。经过PID闭环控制调剂后,位移输出有了明显的稳定。     

高精密厂房中高精密平台控制仿真模拟

为进一步提高高精密厂房中平台的隔振效果,在平台控制中考虑超磁致伸缩作动器的非线性特性对多自由度平台混合控制系统产生一定的制约作用,因此将四个超磁致伸缩作动器模型植入混合控制系统进行设计。首先建立一个以空气弹簧和超磁致伸缩作动器为基本元件的多自由度微振动混合控制系统,然后利用Jiles-Atherton模型的概念建立超磁致伸缩作动器的非线性及其逆补偿模型,并将所建立的作动器模型与多自由度微振动控制系统结合。最后对基于作动器模型的混合控制系统与被动控制系统下的高精密平台响应进行对比分析,取得较好的控制效果,为其在实际工程应用中提供可靠的理论依据。     

Terfenol-D颗粒取向对树脂基磁致伸缩复合材料性能的影响

已有的研究表明,在树脂基磁致伸缩复合材料固化过程中,施加一定的磁场使Terfenol-D颗粒沿磁场方向取向排列可以形成伪1-3型复合结构,其静态磁致伸缩性能较颗粒随机取向的0～3型复合材料有一定程度的提高。本文旨在研究颗粒取向对磁致伸缩复合材料其它性能的影响。以Terfenol—D颗粒体积含量为50％的0-3型和1-3型环氧基磁致伸缩复合材料为研究对象,通过实验和计算对比两种材料的动静态磁致伸缩性能、增量磁导率、弹性模量、磁机械耦合系数。结果表明．颗粒取向不仅可以提高树脂基磁致伸缩复合材料的静态磁致伸缩性能和动态磁致伸缩性能,还能略微提高其弹性模量,但会适度降低其磁机械耦合系数。     

超磁致伸缩驱动器磁滞非线性数值模拟研究

针对超磁致伸缩驱动器(giant magnetostrictive actuator,GMA)具有磁滞非线性现象,以经典Jiles-Atherton模型为基础,建立了包含偏置磁场强度和预压应力的GMA磁滞非线性模型,进行了数值仿真分析,得到了偏置磁场强度和预压应力对GMA磁化强度曲线和磁致伸缩应变曲线的影响规律。结果表明,偏置磁场强度对磁化强度曲线和磁致伸缩应变曲线的形状影响较大,调整偏置磁场强度的大小,可改变磁化强度曲线的线性区间,并能抑制或消除磁致伸缩应变曲线的倍频效应;预压应力对磁化强度曲线和磁致伸缩应变曲线的形状影响较小,施加不同的预压应力,可改变磁化强度曲线和磁致伸缩应变曲线的变化率。这与现有试验得到的结论相吻合,验证了所建磁滞非线性模型的合理性。     

微振动主动隔振平台的超磁致伸缩驱动器设计

对三自由度微振动主动隔振平台的基础器件--超磁致伸缩驱动器（GMA）和放大机构进行结构参数的优化设计。基于对GMA系统从能量输入到输出整个过程的电-磁-机械耦合特性分析,提出了结构的能量损耗率最小的优化方法。结构参数优化后的GMA能量损耗率仅为优化前的0.34倍。将优化结果带入驱动系统动力学模型,优化后的位移响应幅值增大为优化前的2.28倍,初始时刻的冲击加速度响应减小为优化前的0.11倍。仿真结果表明基于能量损耗率最小的超磁致伸缩驱动系统的优化设计方法有效,设计结果满足微振动隔振平台对GMA及放大机构的驱动稳定性、驱动效率、驱动幅值的设计要求。     

Modelling the arc heat flux distribution in GMA welding

The spatial distribution of the heat flux falling on the weldpool surface has a marked effect on the weldpool shape and on the subsequent solidification process, which in turn affects the structure and properties of the weldment produced. A heat flux distribution model of gas metal arc (GMA) is developed in this paper. This model is suitable for larger surface deformation of GMA weldpool. It is found that when the free surface of the weldpool is significantly deformed, the resultant heat flux falling on the workpiece may be markedly modified. It follows that a bimodal distribution of arc heat flux may be applicable for a significantly deformed GMA weldpool.     

Flux-Pinning-Induced Magnetostriction and Stress in a Transversely Isotropic Thin Superconducting Disk with a Concentric Small Hole

Flux-pinning-induced magnetostriction and stress distribution in a transversely isotropic thin superconducting disk with a concentric small hole in a perpendicular magnetic field are investigated theoretically. The flux and current density profiles in the disk are assumed to follow the Bean model. Exact expressions for both the magnetostriction and stresses including radial and hoop stresses are given clearly. The magnetostriction during a magnetization process is presented. The emphasis is put on the effects of the applied magnetic field on both the magnetostriction and maximal tensile stress during magnetic activation. Numerical results show that during a cycle of the applied field the maximal tensile radial stress is found to occur approximately midway between the peak field and the remanent state, while maximal tensile hoop stress generally occurs at the hole’s edge, which perhaps is helpful for the intensity analysis and design of superconducting materials.     

A new high-precision optical technique to measure magnetostrictionof a thin magnetic film deposited on a substrate

The drive in data storage technology towards utilizing magnetic films with lower magnetostriction (to reduce the magnetoelastic energy term) and reduced thickness has resulted in the requirement for more sensitive, reliable, and easy-to-use tools to monitor magnetostriction. A measurement tool based on an in-plane rotating and saturating magnetic field and laser-beam-deflection technique, which is able to meet these requirements, is described. The tool developed offers high accuracy, large dynamic range, long-term stability, simple sample insertion, and a fast, easy measurement procedure. With this tool, the measurement of small magnetostriction coefficients of thin soft-magnetic films can become a simple, fast, and reliable procedure, thus helping the development of magnetic thin-film production processes and routine composition control     

Coupled magnetoelastic theory of magnetic and magnetostrictivehysteresis

It is demonstrated that hysteresis in the magnetostriction k is coupled to hysteresis in the magnetization M because of the dependence of the magnetostriction on the magnetization. At the same time, when stress is present, the magnetization is in turn coupled to the behavior of the part of the magnetostriction associated with domain moment rotation. An expression for the magnetostriction is formulated, and numerical modeling results for magnetostriction hysteresis are compared to experimental results. Although some features of the magnetostriction in iron and steel still need additional explanation, the main features of the magnetostriction are accounted for. These include liftoff (failure of the magnetostriction to return to its value in the demagnetized state as the hysteresis loop is cycled) and a magnetostriction increase after flux density B reaches its maximum and starts to decrease. A macromagnetic, multidomain formulation that yields zero magnetostriction in the demagnetized specimen is used     

基于Herschel-Bulkley模型的火炮磁流变后坐阻尼器设计与分析

针对枪炮冲击型MR阻尼器的特点，以某单管25mm火炮为研究对象，基于Herschel-Bulkley本构模型，建立了该25mm火炮磁流变后坐阻尼器的轴对称一维层流模型。同时运用ANSYS软件，建立了该阻尼器MR阀的电磁有限元模型，求得了环状流口间MR流体的磁通密度。将MR流体流动模型和MR阀有限元结果相结合，求得了不同MR流体行为指数和不同磁场作用下阻尼力随活塞速度的变化规律。建立了火炮后坐运动方程，评价了MR流体行为指数对后坐阻尼器性能的影响。     

管片拼装试验台回转电液控制系统设计及试验分析

 针对管片拼装机高速、高精度及低冲击自动拼装技术的需求,在全面分析了管片拼装机回转驱动系统大行程、大惯量及长时间运行特点的基础上,设计了以比例换向阀为调节核心、以平衡阀为辅助保障的管片拼装试验台回转电液控制系统.参考工程应用管片拼装机相关参数及管片拼装试验台设计要求,基于相似理论提出拼装试验台回转电液控制系统参数指标及原理图,运用SolidWorks建模仿真及负载力矩分析,进而完成电液控制系统参数设计及元件选型,最后完成了¢2 m管片拼装试验台回转电液控制系统的搭建及试验分析工作.试验分析结果表明：系统稳态性能满足设计要求,最大转速为6.25 r/min;同时具有良好的动态性能,系统阶跃响应峰值时间为1.1 s,可平稳实现斜坡减速及低速停车．     

独立旋转车轮直线电机地铁车辆动力学分析

为了减小直线电机和感应板的间隙以提高直线电机工作效率,便于直线电机安装和减小直线电机对转向架结构设计要求,提出一种采用独立旋转车轮的直线电机地铁车辆转向架．利用多体动力学软件SIMPACK,对采用独立旋转车轮的直线电机车辆系统进行动力学计算．动力学仿真分析结果表明,采用独立旋转车轮的直线电机车辆具有良好的运行平稳性和曲线通过性能,满足城市轨道交通车辆的要求．     

3D Modeling Effect of Spherical Inclusions on the Magnetostriction of Bulk Superconductors

In this paper, the dependence of the effective magnetostriction of bulk superconductors on the elastic parameters including the volume fraction and elastic modulus ratio is studied by a three-dimensional model consisting of a spherical inclusion–superconducting matrix system. The effect of the elastic modulus and volume fraction on the magnetostriction is also obtained through the magnetostriction loop. The results indicate that the elastic modulus and volume fraction have obvious effects on the effective magnetostriction of the superconducting composite, which gives an explanation about the differences between the experimental and the theoretical results. Furthermore, it is worth pointing out that the linear field dependence of magnetostriction is unique to the Bean model by comparing the curve shapes of the magnetostriction loop with and without inclusion.     

新型光学动态靶标模拟空间目标研究

  光学动态靶标是用于对光电经纬仪进行室内检测的重要设备.为检验新型光学动态靶标模拟空间飞行目标的能力,衡量其检测性能,验证其结构优点,利用Matlab软件模拟靶场常用飞行轨迹,对多种形式空间飞行目标进行仿真计算.得出靶标在模拟空间目标过程中各种参数的变化曲线,包括角度变化曲线、速度变化曲线以及加速度变化曲线;同时利用已有数据,拟合靶标俯仰角度误差曲线.仿真结果显示,新型动态靶标的速度、加速度匹配灵活,模拟目标区域广阔,模拟目标形式多样,且更加接近真实目标,与传统靶标相比,具有明显的创新性和实用性,其性能能够满足光电经纬仪室内检测的需要.利用靶标俯仰角误差曲线进行实时误差补偿的方法,为进一步提高靶标精度提供理论参考.