超磁致伸缩喷油器阀口开度建模

设计一种超磁致伸缩喷油器,其特点为超磁致伸缩致动器直接驱动针阀。将整个系统视为单自由度线性系统,建立了系统的动力学方程,求解得到无针阀阀体撞击时的阀口开度表达式。利用初速度分析了撞击对阀口开度的影响,并分析了静止位置和频率比两个可控参数的影响。得到稳态平衡位置要略低于静止位置,才能保证针阀无激励时可靠关闭;频率比高于5时,棒伸长量的95%都用于开启阀口的结论。     

超磁致伸缩材料在骨传导听觉装置上的应用

超磁致伸缩材料(简称GMM)是制作低频换能器的理想功能材料。介绍了GMM的磁致伸缩机理及其本身特性;与传统磁致伸缩材料以及当前广泛应用在骨传导听觉装置上的电磁和压电材料进行了分析比较;综述了GMM在骨传导听觉装置上的应用现状;重点介绍了骨传导发音振子的设计构想,并且对超磁致伸缩式骨传导听觉装置在军事通信上的应用进行了展望。     

基于超磁致伸缩材料的振动能量复合采能装置现状分析

振动能量采能装置为大规模的MEMS设备网络摆脱传统物理连接和电源维护的限制提供了可能,但传统振动能量采能装置大多采用单一换能器的单一采能模块,存在采能效率提升难度大、环境适应性差等缺陷,因此需要推动传统采能模式向多种换能器协同采能的复合模式转变。从超磁致伸缩材料的优异特性出发,整理归纳了目前基于超磁致伸缩材料的振动能量复合采能装置的研究现状,并根据复合采能模式的不同,将基于超磁致伸缩材料的复合采能装置进一步分为磁致伸缩/压电型和磁致伸缩/电磁型。梳理了不同类型振动能量复合采能装置的发展脉络,展望了基于超磁致伸缩材料的振动能量复合采能装置的发展方向及应用前景。分析结果研究人员对超磁致伸缩材料振动能量复合采能装置发展脉络的系统性理解提供了参考,也为复合采能装置结构及理论创新提供了参考。     

伺服阀用液压放大式GMA的设计及建模

针对超磁致伸缩致动器输出位移有限,无法直接驱动伺服阀阀芯运动的问题,设计了一种基于柔性活塞的新型液压式微位移放大机构:由超磁致伸缩(GMM)棒驱动大活塞变形,并通过密闭容腔内的油液在小活塞端将GMM棒的输出位移放大。建立了超磁致伸缩致动器及其液压式微位移放大机构的耦合模型,采用弹性小挠度理论,有限元法和液压弹簧刚度理论对放大机构进行了分析和优化,并制作了样机。仿真和实验表明,所设计的液压式微位移放大机构可将GMM棒位移放大3.2倍,所建立的耦合模型较准确,误差在10%以内。     

一种镶嵌薄膜共振型材料的吸声性能研究

为了解决现有吸声材料对低频噪声衰减弱及吸收差的现状,该文提出了一种镶嵌薄膜共振型材料结构。其中镶嵌到条形薄膜上的结构单元作为拍动体,此时结构单元与背衬薄膜之间存在一定耦合作用,使行波在两部分间的局域共振作用削弱或存在很少反射。通过有限元仿真分析得到吸收峰值下的模态振型,进一步证明了材料的吸声机理。实验表明,该结构对100~1 000Hz内的声波具有很好的吸收效果,单层材料结构随着空腔距离的增大,吸收峰提前,而峰值基本不变。两层材料结构的吸声效果远大于单层材料结构,这解决了低频噪声问题。     

基于弓张式GMM发音振子的磁路设计及分析

为优化超磁致伸缩发音振子的电磁性能,通过建立振子磁路模型,推导得到了磁路内磁场强度的表达式;通过分析和设计发音振子电磁结构,确定了驱动线圈的线径、匝数和永磁体的剩磁等磁学参数;通过有限元仿真,分析了弓张结构采用不同材料时振子内部磁场的分布情况,表明当采用弹簧钢材料时能满足内部磁场强度和均匀性的要求;通过制作试验样机并测试棒料边缘处的磁场强度,验证了仿真和理论结果的可靠性。最终结果表明,理论和仿真模型能在一定程度上反映磁路元件磁学参数和材料属性对内部磁场的影响,对发音振子的磁路设计具有一定的指导意义。     

超磁致伸缩致动器系统时滞模型辨识与控制

针对超磁致伸缩致动器模型建立和精确位移控制存在的不足,推导了超磁致伸缩致动器系统带有时滞特性的线性化模型,把Levy法和遗传算法相结合,对推导的模型进行了辨识,通过开环实验验证了模型的准确性和稳定性;针对致动器系统准静态控制,提出了一种基于单纯形法的PID控制参数两步整定法。实验结果表明,利用该方法设计的PID控制器相对于传统PID控制,系统的超调量降低了17.69%,调节时间缩短了4ms,验证了控制器的精度和稳定性。     

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.     

弓张式GMM发音振子径向磁场仿真分析

超磁致伸缩材料(GMM)发音振子是骨传导听觉装置的核心部件,该文提出了一种弓张式的GMM发音振子结构,并利用ANSYS软件对其内部磁场径向分布进行了有限元仿真和分析。结果表明,振子中间部分磁场强度和均匀性最好,弓张结构磁导率的变化对两端磁场分布的均匀性影响较大,为满足磁场强度和均匀性要求,弓张结构应优先选用镍铁合金材料。     

超磁致伸缩致动器输出位移仿真分析

基于超磁致伸缩材料设计致动器,仿真分析了线圈匝数、质量等参数对致动器动态输出位移的影响。建立了致动器位移的单自由度线性系统模型,并求解了系统传递函数;利用MATLAB软件的step函数得到了各参量变化时系统的单位阶跃响应,据此分析了各参量对系统上升时间、稳态值等性能参数的影响。结果表明:增大线圈匝数和减小负载刚度有利于增大系统的稳态响应,减小质量和增大超磁致伸缩棒刚度有利于缩短系统响应时间,适度增大系统阻尼有利于减小系统超调量。研究结果对超磁致伸缩材料致动器的设计具有一定指导意义。