基于GMM直动阀位移放大机构的结构研究

超磁致伸缩材料具有响应速度快、磁致伸缩应变大、输出力大等诸多优点,已广泛应用于流体传动与控制领域。针对GMA输出力大输出位移小的特点,在分析现有常见放大机构优缺点的基础上,结合GMM直动式伺服阀实际结构,设计出一种“F”型杠杆放大直动式电液伺服阀,介绍了其结构组成及其工作原理,导出了位移放大数学模型,结果表明该新型机构具有结构紧凑、放大倍数高、GMA输出位移与阀芯输入位移呈非线性等特点。     

大角度压电式快速控制反射镜

针对现有的基于压电陶瓷叠堆执行器的快速控制反射镜偏转角度较小的问题,提出了一种大角度定轴偏转压电式快速控制反射镜。采用基于柔性铰链的桥式位移放大机构将压电陶瓷叠堆执行器的输出位移放大,并将其作用到反射镜面上实现大角度定轴偏转。在此基础上,建立了压电式快速控制反射镜的结构和偏转角度输出方程,并通过理论推导和仿真对其工作时的最大偏转角度、最大应力和自然频率特性进行了分析。最后,通过实验测试对建立的压电式快速控制反射镜的工作原理和特性分析结果进行了验证。结果表明,建立的偏转角度输出方程能够根据压电陶瓷叠堆执行器的输出位移准确估计压电式快速控制反射镜的机械偏转角度,从而大大提高设计的效率;建立的压电式快速控制反射镜可以实现大于3°的镜面机械偏转,其固有频率为180Hz,能够满足高速稳像系统的偏转角度大、响应速度快的要求。     

基于柔性铰链微位移放大机构的设计和分析

针对三级电反馈射流管电液伺服阀第三级滑阀阀芯行程较小,位移传感器较难检测的问题,提出了应用于三级电反馈射流管电液伺服阀的柔性铰链微位移放大器,利用解析法和有限元法对柔性铰链微位移放大机构进行了静力学和动力学分析,计算出了放大机构的放大倍数和输入刚度;输出位移和负载成线性关系,负载越大位移损失越大;应力分析表明此放大机构的最大应力远小于材料的最大许用应力;并通过有限元对固有频率和振型的计算,得出系统动力学参数。     

菱形压电微位移放大机构的设计

为提高叠层压电陶瓷作动行程,并使之具有往复对称作动的特性,提出一种基于三角放大原理的菱形压电微位移放大机构。该机构以叠层压电陶瓷作为驱动元件,利用三角位移放大原理,在放大叠层压电陶瓷位移输出的同时,实现在平衡位置两侧的双向主动输出。提出了相应的驱动方法,实现了对该机构输出方向和大小的控制。分析了机构的工作原理,通过解析计算得到该机构的理论放大倍数为2.9,与所建立有限元模型通过仿真计算得到放大倍数2.5相近。制作了试验样机并进行了试验验证,结果显示:该机构在驱动电压为200V时最大输出位移为(32±16)μm,对叠层压电陶瓷位移输出的放大比例为2.4倍,与理论计算相近;频率响应试验表明信号频率对位移输出影响较小。提出的设计方案实现了位移放大和位移双向主动输出这两个预期目标。     

全柔性微位移放大机构的设计与分析

微机械放大器中常采用全柔性微位移放大机构来实现输出位移的放大,且大多采用短臂柔性铰链连接各构件。设计了一种对称的长柔性杆微位移放大机构,结合弹性力学和Bernoulli-Eu-ler假设,推导出该放大机构的力位移计算公式及放大比公式。对影响该机构放大比的关键因素进行了分析,通过实例分析得到该机构中的长柔性杆角度与输出位移之间的关系。同时用有限元方法对该实例进行了仿真分析,并对两种方法所得结果进行了分析比较。     

基于智能变形技术的火箭弹特性分析（英文）

偏转头部控制是一种新概念快速响应的控制方式。弹头部相对于弹轴进行局部偏转,并且在弹头的迎风面和背风面形成压力差从而产生空气控制力,在弹药系统里,这是一个高效并具有良好应用前景的控制方式。基于智能材料和结构的弹箭头部智能变形驱动机构可以使弹箭获得额外的控制力和控制力矩,改变弹丸在飞行过程中的空气动力特性,在弹箭飞行过程中会产生附加的平衡角、侧滑角,进而产生机动过载,控制飞行姿态和飞行弹道,并在最后时限提高弹丸的射击精确度。为了研究自适应控制弹箭的特性,利用流体力学软件对尾翼稳定的火箭弹进行了数值模拟。获得不同头部偏角、不同马赫数和不同攻角情况下的弹箭空气动力学特性。结果表明,偏转头部控制对弹箭的头部具有较大的影响,并且引起流场的不对称性。弹头部迎风面和背风面的压力差为弹箭提供较大的升力。最后,做弹道试验验证了仿真的研究结果。研究结果可以为自适应弹箭的设计及优化提供理论基础,并为智能弹药的研究提供新思路和新方法。     

超磁致伸缩驱动器磁滞非线性动力学研究

超磁致伸缩驱动器(Giantmagnetostrictiveactuator,GMA)输入电流与输出位移之间存在着磁滞非线性关系。为精确控制GMA输出位移的稳定性,通过分析GMA的工作原理,基于非线性压磁方程、Jiles-Atherton(J-A)磁滞非线性模型、二次畴转模型和GMA结构动力学原理,建立了GMA磁滞非线性动力学系统的方程;应用多尺度法分析该系统的主共振,得到该系统幅频响应曲线方程;使用Matlab数值仿真分析GMA系统中不同等效阻尼系数、激励磁场强度、预应力、三次刚度项系数与输出响应幅值之间映射规律;通过改变激振力参数值的大小,绘制GMA系统的时域波形、相轨迹图、Poincaré图和幅值谱图,采用4阶Runge-Kutta法求解并绘制GMA系统的响应随激振力变化分岔图。研究结果表明:在给定GMA参数的条件下,在碟簧和激励线圈的作用下,GMA具有"跳跃"和磁滞现象;GMA系统在一定参数下存在着混沌现象。     

膜片式液压微位移放大机构的双向流固耦合分析

压电陶瓷材料具有优良的力学性能和动态特性,但根据其逆压电效应研发的驱动器输出位移小,大多仅为微米级,因此需设计相应的微位移放大机构以放大驱动器的位移输出。根据先前提出的膜片式液压微位移放大机构,进行了理论模型的推导,并运用ANSYS Workbench软件对其进行双向流固耦合分析。将仿真结果和实验结果进行对比,验证了仿真结果的准确性。通过仿真分析得到了放大机构的动态变化过程以及不同形状的流道对放大过程的影响,为后续放大机构的优化设计提供理论依据。     

一种微位移放大机构的设计与仿真

根据差式杠杆位移放大原理设计了一种新型微位移放大机构.计算和推导了该位移放大机构的位移放大倍数和静态刚度,分析了柔性铰链结构参数对微位移放大机构刚度的影响,并对理论计算结果和ANSYS仿真结果进行了对比.结果表明,理论计算值和有限元仿真结果之间存在一定的差异.     

超磁致伸缩驱动镜放大机构设计与仿真

为满足超磁致伸缩驱动镜对天文望远镜的输出位移需求,设计了一种基于杠杆式柔性铰链的二级微位移放大机构.通过对柔性铰链转动中心偏移量的分析,推导出放大机构放大率公式;使用ansys有限元软件对其进行静态位移输出特性分析并计算放大率;通过实验对理论分析、有限元仿真进行验证.结果 表明三者的放大率基本吻合,相对误差不超过3％,位移放大率接近8倍;放大机构结构简单紧凑、设计合理、可以满足超磁致伸缩驱动镜的输出位移需求.