微型超磁致伸缩高速阀致动器的优化设计

通过优化设计驱动线圈和Terfenol-D的形状尺寸,改善以超磁致伸缩材料Terfenol-D为主动材料的高速开关阀的性能.选择合适的漆包线线径以降低线圈电阻;优化线圈形状函数以提高线圈的磁场生成能力;改善Terfenol-D的尺寸来降低磁通路径的磁阻,减小涡流损耗,提高致动器的磁场利用率;兼顾提高致动器的能量转换效率,提出优化设计超磁致伸缩致动器的规律.两个致动器的实验对比验证了该设计方法的可行性.     

超磁致伸缩致动器的数学模型和控制技术

采用超磁致伸缩材料Terfenol-D可以研制出推进力大、量程大、纳米级分辨率的超磁致伸缩致动器,在超精密加工、精密定位、机器人以及微型机电系统等领域有着广阔的应用前景.本文对超磁致伸缩材料的磁化机理、超磁致伸缩致动器的非线性模型、控制技术及精密位移控制系统作了较为详细的评述,并指出了超磁致伸缩致动器的模型与控制技术的发展趋势.     

稀土磁致伸缩材料Terfenol-D的变负载特性分析研究

关于稀土超磁载伸缩材料Terfeno1-D的磁致伸缩特性国内外已有大量报道，但大多数都是基于载荷(预紧力)在磁致伸缩过程中保持不变条件下的磁致伸缩特性研究．在这些研究的基础上分析了Terfenol-D材料在变负载时的磁致伸缩特性。介绍了变负载动态特性曲线的绘制方法并讨论了恒载与变载的特性曲线的特点与差异。对设计和研究磁致伸缩换能器的动态特性具有参考价值．     

叠堆结构对超磁致伸缩材料涡流损耗影响的研究

针对超磁致伸缩材料中的涡流损耗与集肤效应对材料性能的影响,研究叠堆结构对Terfenol-D棒状材料的涡流抑制作用。基于经典的Maxwell方程组所构建的叠堆结构棒状Terfenol-D的涡流损耗模型,结合材料自身特性,研究切片厚度与环氧树脂黏贴厚度等叠堆结构参数对材料涡流损耗的影响。基于ANSYS平台进行了仿真实验,结果显示,在使用8×50 mm的Terfenol-D棒的情况下,切片数为5、黏贴厚度为0.1 mm的设计方案可有效抑制叠堆结构超磁致伸缩材料的涡流损耗效应。     

超磁致伸缩换能器有限元动态模型的研究

超磁致伸缩材料是在磁场的作用下能产生巨大伸缩变形的一种新型功能材料,它的应用越来越受到研究人员的关注．将超磁致伸缩材料Terfenol-D应用于换能器中,将极大地提高换能器的性能指标．介绍了超磁致伸缩材料研制的换能器的结构,利用有限元方法建立了磁机械耦合动态模型,并推导出换能器的谐振频率表达式,计算与仿真表明所建立的有限元动态模型在忽略涡流影响的条件下能够反映换能器的输入输出关系,此项研究对于超磁致伸缩换能器的控制及实验研究具有重要的指导意义。     

稀土超磁致伸缩微致动器设计与实验

作为微制造平台主动隔振系统微致动器核心部件,超磁致伸缩微致动器的工作性能将直接影响整个系统的控制精度.选择Terfenol-D作为微致动器主要材料,设计了一种新型超磁致伸缩微致动器.电磁结构设计中,采用电磁场解析计算进行初步设计,进而采用有限元法对致动器的结构和线圈参数进行进一步的分析与优化.静态特性实验结果表明,该微致动器具有较大的静态位移输出、力输出及较小的位移滞回.     

磁致伸缩材料Terfenol-D非线性耦合有限元分析

为了研究巨磁致伸缩材料Terfenol-D的非线性耦合磁力特性及响应,提出一种增量显式有限元列式及其在通用有限元软件中的实现方法.该显式增量方法基于实验测得材料性质或非线性本构计算所得材料参数,通过分段插值函数描述磁致伸缩材料的材料参数随磁场和预应力的非线性变化关系,采用耦合方程的弱形式给出相应有限元列式及增量算法,并在通用有限元软件ABAQUS中执行数值算例.该方法通过显式插值避免大多数数值方法求解非线性方程组的迭代过程,只需要先进行稳定性验证来标定合适的增量步长即可保证结果的可靠性.数值分析结果表明,该方法具有较好的精度和稳定性,能够准确有效地模拟不同预应力水平和偏磁场强度下的磁致伸缩非线性耦合响应,同时能够反映预应力对最大磁致伸缩的影响,即“反转效应”.该方法对磁致伸缩器件的设计应用及力磁耦合非线性分析具有一定的理论和实际意义.     

GMM的发展现状及其在精密致动器件中的应用

超磁致伸缩材料的制备及其应用开发已成为当前机电工程领域中的研究热点.本文回顾了超磁致伸缩材料的发展,全面分析了超磁致伸缩材料的特点,系统地介绍了国内外超磁致伸缩材料在精密致动领域的应用及其开发情况,并对该材料未来的发展及应用领域作了展望.     

步行能量采集器中磁致伸缩材料的机-磁耦合特性研究

针对步行能量采集器中磁致伸缩材料的机–磁耦合特性,提出了一种磁致伸缩材料机–磁耦合特性的研究方法,通过观察磁畴角度偏转的规律,研究应力和磁场载荷同时作用下的超磁致伸缩材料的机–磁耦合特性.发现外加磁场增加有利于磁畴的偏转和跃迁,而应力各向异性能不利于超磁致伸缩材料磁化的进行,使超磁致伸缩材料的磁化更加困难.依据以上结论选择最佳的外加磁场和应力的取值,并且计算磁致伸缩材料对外产生的磁化强度,该磁化强度具有更高的效率.     

线性磁致伸缩作动器振动问题的数值分析

对Terfenol-D杆的周期振动问题进行了数值分析.采用有限元和传递矩阵相结合的数值方法,求解了Ter-fenol-D杆由交变电流激励引起的周期振动问题.基于磁致伸缩线性本构关系和Harmilton变分原理导出有限元方程,并且在传递矩阵的计算中应用了矩阵指数的Padé近似.计算结果表明位移响应是周期的,并与电流变化同步.还分析了材料的线性磁致伸缩系数及电流峰值和频率对输出位移的影响.所得数值结果与文献中的实验结果吻合较好,验证了该数值方法的正确性.     

静态磁致伸缩测试仪的设计与制作

磁致伸缩材料是重要的能量与信息转换功能材料.对磁致伸缩材料进行研究,最基础也是最关键的工作就是对静态磁致伸缩性能的测量.然而,目前磁致伸缩测试仪器普遍存在体积大、价格高等特点,因此不便推广.采用电阻应变计法,通过对直流磁场、磁致伸缩测量部分和数据采集与显示模块三部分的设计以及测试软件的编写与调试,完成了对静态磁致伸缩测试仪的研制.该仪器测量精度高、操作简单、结构紧凑,可作为材料磁性能测试仪器;同时,该仪器演示清晰、携带方便、成本相对较低,又可以作为演示仪器使用.     

稀土超磁致伸缩材料、应用与器件

介绍了稀土一铁超磁致伸缩材料的磁致伸缩性能和应用该材料研制的器件．利用磁致伸缩材料的磁致伸缩大、能量密度高、反应速度快等特点,研制了具有尺寸小、位移量大、精度高的致动器,用于精密加工中位移的进给、异型零件的加工和精密阀门的控制等领域．研究和开发超磁致伸缩材料和器件,对于促进机电一体化、微电子、纳米技术等的发展具有重要意义．     

旋转式超磁致伸缩马达最新研究进展

综述了两种旋转式超磁致伸缩马达的工作原理，针对马达中存在的摩擦问题，介绍了日本研究者设计的压电摆线马达的思想，并由此提出超磁致伸缩摆线马达的概念，即利用超磁致伸缩材料在激励磁场作用下产生的伸缩力来推动摆线减速机构旋转输出。     

稀土超磁致伸缩换能器的实验研究

分析了超磁致伸缩材料静、动态特性，对自行设计的超磁致伸缩大功率换能器进行了试验研究，该装置具有功率大、适用频带宽、峰值尖锐余振小等特点。     

Effect of microstructure and defects on the magnetostriction of<110> oriented TDT-110 alloys

<110>oriented rods of TbDyFe giant magnetostrictive alloys have been prepared with the help of the zone melting direc- tional solidification technique with a high temperature gradient.To acquire optimal magnetostrictive properties at low magnetic field, the TbDyFe alloys have been heat-treated at different temperatures and cooled at different rates.The relationships between the proc- ess of the heat treatment,microstructure,defects,and magnetostrictive properties of the TbDyFe materials have been studied.     

Effect of microstructure and defects on the magnetostriction of 〈110〉 oriented TDT-110 alloys

〈110〉 oriented rods of TbDyFe giant magnetostrictive alloys have been prepared with the help of the zone melting directional solidification technique with a high temperature gradient. To acquire optimal magnetostrictive properties at low magnetic field, the TbDyFe alloys have been heat-treated at different temperatures and cooled at different rates. The relationships between the proc- ess of the heat treatment, microstructure, defects, and magnetostrictive properties of the TbDyFe materials have been studied. 2008 University of Science and Technology Beijing. All rights reserved.     

巨磁致伸缩材料的磁致伸缩模型与计算

应用在应力作用下的磁致伸缩系数与磁化强度的关系，建立了磁致伸缩的计算模型，结合器件的实际结构，采用有限元方法，计算了磁致伸缩棒在应力作用下的磁致伸缩，计算结果与实验值符合，分析表明，采用该模型得到的计算结果能够较准确地反映材料在工作状态下的磁致伸缩。     

超磁致伸缩材料Terfenol-D的磁致伸缩特性曲面拟合

介绍了超磁致伸缩材料的伸缩现象并针对试验中涉及到的稀土磁致伸缩材料的动态特性,采用乘积型最小二乘法拟合出二元曲面S(H,P)的函数式并计算出它的动态磁致伸缩量.为进一步设计磁致伸缩致动器提供初步的数据.     

超磁致伸缩薄膜磁-机械特性的弱耦合与强耦合模型的比较研究

随着微机械制造工艺和材料工业的发展,超磁致伸缩薄膜材料的研究与应用成为近年来磁致伸缩应用领域一个新的研究热点．建立超磁致伸缩薄膜的磁一机械特性模型,对于指导器件的设计、仿真具有重要意义．薄膜尺寸非常小,用有限元方法进行单元剖分时会产生严重的网格变形,降低计算精度,这里选用无单元Galerkin方法有效地解决了这一问题．本文对弱耦合模型和强耦合模型进行了分析,对强耦合方法进行了有效的改进,并应用数值计算方法对两种模型进行了比较。