基于ANSYS的磁致伸缩逆效应仿真方法研究

矩阵形式的压电与压磁方程及其各自在不同边界条件与变量下的转换关系在数学结构上具有一致性,即电学量与磁学量具有等效关系,由此提出通过ANSYS压电分析模块仿真超磁致伸缩材料(GMM)的磁致伸缩逆效应。GMM在恒载荷作用时,磁感应强度与偏置磁场强度成正比,GMM在恒偏置磁场下,载荷与磁感应强度具有相似的变化波形。理论与仿真分析表明,基于电学量与磁学量的等效,利用ANSYS压电耦合模块可在一定程度上分析磁致伸缩逆效应的相关性质,该方法对设计逆效应原理的GMM器件具有一定的辅助意义。     

超磁致伸缩材料内部磁场特别及材料参数对其影响分析

基于麦克斯韦方程和压磁理论建立了超磁致伸缩材料棒内的磁场分布模型,导出了含有材料磁弹性参数的超磁致伸缩材料棒磁场分布函数,讨论了材料特性参数对材料内部磁场和材料内部涡流损耗的影响。结果表明,材料内部磁场不仅与外激励磁场有关,而且与材料的压磁系数、杨氏模量及相对磁导率有关,同时材料内部磁场与外激励磁场间具有滞回特性;考虑材料特性参数时材料内部的涡流损耗达到最大值所需的材料半径,将大于不考虑材料特性参数时的半径值,同时涡流损耗的变化趋势也将变得和缓,而不论材料参数如何变化,超磁致伸缩棒内磁能损耗的基本规律没有发生变化。     

驱动频率对超磁致伸缩致动器的损耗和温升特性的影响

从超磁致伸缩材料的压磁效应入手,基于能量极小值条件和磁学理论,分析了磁化过程中磁弹性力对材料中磁场的影响,分析了不同驱动频率下材料的涡流损耗、磁滞损耗以及复数磁导率的频率特性,对致动器中的磁能损耗以及损耗带来的温升特性进行仿真实验.结果表明,利用涡流损耗的计算公式得到的结果与有限元仿真结果吻合较好,该公式可适用于超磁致伸缩材料在中低频下的损耗计算,而高频下复数磁导率的变化将增大材料内部磁场的滞回非线性.实验结果表明,致动器中超磁致伸缩材料轴向温度分布随驱动频率的变化而变化;实验验证了计算与仿真结果的正确性,在此基础上分析了强制水冷对致动器温升的控制,所得结论为超磁致伸缩致动器的设计提供参考.     

超磁致伸缩材料及其在电动机中的应用

超磁致伸缩材料（Giant Magnetostrictive Material简称GMM）是近年来发展起来的一种新型功能材料，在国内外得到广泛应用。将超磁致伸缩材料在电机中的应用技术已经比较成熟。简要介绍了超磁致伸缩材料以及在电机中的应用举例，还对研制一种新型电机-压电陶瓷-磁致伸缩电机进行了展望。     

Fe-Ga合金磁特性测试装置的设计与实验

设计了一种新型Fe-Ga合金磁特性测试装置。建立了该测试装置磁路部分三维有限元磁场分析模型,在该模型基础上通过调整结构和元件尺寸优化了磁路结构,并制作了样机。搭建了磁特性测试装置的实验平台,进行了Fe-Ga合金磁特性测试。实验结果表明,该装置可对Fe-Ga合金磁致伸缩棒材磁致伸缩效应和逆磁致伸缩效应进行静态、准静态和动态测量,测量结果与国外报道的结果一致。设计的磁特性测试装置具有稳定可靠、精度高、操作简单、自动记录等优点。该装置还适用于Fe-Ni、Fe-Co等饱和磁场低的磁致伸缩材料的磁特性测量。     

超磁致伸缩谐波电动机的原理与特性

传统超磁致伸缩电动机利用动子与定子间的摩擦力直接驱动，电动机的传动精度和承载能力等受材料摩擦影响较大。将谐波传动技术应用于超磁致伸缩电动机中，研制新型超磁致伸缩谐波电动机将可以有效克服这些缺陷。文章在分析超磁致伸缩电动机的基础上，探讨了新型的超磁致伸缩谐波电动机的原理与特性。     

超磁致伸缩谐波电动机控制系统研究

介绍了一种新型电动机--超磁致伸缩谐波电动机,它是根据谐波传动和超磁致伸缩材料电磁效应原理设计的.根据所设计的由四相超磁致伸缩驱动器构成的超磁致伸缩波发生器,通过分析其工作原理,提出了相应的控制方案,并设计了可快速响应的超磁致伸缩驱动器的驱动原理图.简要叙述了使电机实现调速、换向、精确定位等各项功能的控制系统软件设计方案.     

超磁致伸缩致动器的磁-机械强耦合模型

稀土一铁超磁致伸缩材料作为一种新型功能材料，其应用越来越受到人们的关注。为了有效地设计、开发超磁致伸缩材料的器件，必须建立材料器件的输入输出模型。利用能量变分原理，针对研制的超磁致伸缩致动器，建立了系统的磁一机械强耦合模型，并应用有限元法计算了致动器的输入电流与输出位移的关系曲线。计算值与实验值比较吻合，表明所建立的模型能够反映致动器的输入输出关系，模型对于设计超磁致伸缩器件、优化设计方案具有重要意义。     

计及损耗的超磁致伸缩材料参数提取及有限元仿真应用

有限元法(FEM)是换能器设计的重要手段.超磁致伸缩换能器的核心振子——超磁致伸缩材料在应用中存在电磁损耗、机械损耗和磁机耦合损耗等.而现有的有限元仿真软件中的磁致伸缩模块无法对超磁致伸缩换能器进行多场耦合下的损耗的准确计算,且难以获取不同工况下的材料参数,给换能器的设计造成了较大的误差.因此相比压电模块,有限元仿真中...     

稀土超磁致伸缩材料及其应用研究现状

近些年发展起来的一种新型磁功能材料——稀土超磁致伸缩材料,显示出了广阔的发展前景。着重介绍了超磁致伸缩材料的基本特性和国内外发展近况以及在军事和海洋探索方面的应用。     

Magnetic circuit design method for magnetic force control systems using inverse magnetostrictive effect: Examination of energy conversion efficiency depending on ΔE effect

A new magnetic force control method using giant magnetostrictive material (GMM) was proposed and its feasibility was confirmed in earlier studies by the authors. This new method is based on the inverse magnetostrictive effect and the magnetic force is controlled by changing the stress or strain in the magnetostrictive material. This method is expected to have lower heat generation and higher energy conversion efficiency compared to traditional methods, since a constant magnetic force can be maintained by merely applying a constant stress. In this study, the energy conversion efficiency of this method is investigated experimentally using a universal test machine. The input elastic energy was calculated from the stress‐strain loading curve and the converted magnetic energy was estimated from the generated magnetic field. Since the elastic energy is strongly dependent on the history of the strain‐stress loading curve, and the loading curve is affected by the applied magnetic field in the magnetostrictive material, it is important to optimize the bias magnetic field for maximum energy conversion efficiency. The relationships between the elastic modulus and the magnetic field were measured experimentally and the results show that the bias magnetic field must be carefully chosen to obtain high efficiency of energy conversion. © 2002 Wiley Periodicals, Inc. Electr Eng Jpn, 140(1): 8–15, 2002; Published online in Wiley InterScience ( www.interscience.wiley.com ). DOI 10.1002/eej.10026     

电抗器铁芯振动噪声的多场耦合分析方法

针对电抗器铁芯磁致伸缩导致的振动噪声问题,提出在瞬态电磁场方程和结构力场方程及声场方程的基础上建立物理模型。从多物理场耦合的角度,对一台三相串联铁芯电抗器的磁场分布、铁芯磁致伸缩位移、铁饼间的麦克斯韦力、应力和声压级进行计算。对磁致伸缩和麦克斯韦力作用下的振动位移和声场分布分别分析,得出磁致伸缩是电抗器铁芯振动的主要原因。实验研究表明,增加修正系数后的电抗器振动噪声仿真结果与实测得到的电抗器振动噪声基本一致,满足工程需要,证实多场耦合分析方法可用于电抗器设计阶段对铁芯噪声进行预估。     

超磁致伸缩振动传感器输出特性的实验研究

超磁致伸缩材料Terfenol-D在机械应力作用下,磁化强度会发生变化,这种效应为逆磁致伸缩效应或Villari效应,利用该效应可以制作将机械能转换成电能的振动传感器。进行振动传感器的实验研究,结果表明在合适的偏置磁场和较小的预应力偏置条件下,传感器输出的感应电压峰-峰值较大,传感器输出感应电压的峰-峰值和输入振动信号的频率和幅值成正比。基于电磁学原理和铁磁材料的磁化强度模型,计算振动传感器的偏置磁场和预应力对感应电压输出的影响,并计算振动传感器在机械振动输入条件下的感应电压输出,实验结果与计算结果基本相符。实验结果和计算结果为振动传感器的优化设计和应用打下基础。     

剪切型磁流变脂阻尼器柔性转子系统不平衡响应的试验研究

为了建立旋转机械转子系统剪切型磁流变脂阻尼器准确的动力模型,用有限元法分析了剪切型磁流变脂阻尼器的磁场特性,从试验上详细地研究了剪切型磁流变脂阻尼器－悬臂柔性转子系统在不同转子不平衡量和磁场强度下的不平衡响应,并用Bingham流体模型对试验中观察到的现象进行了分析。结果表明：磁流变脂在不同的剪切速度和磁场强度条件下具有十分复杂的流变特性。在剪切型磁流变脂阻尼器－柔性转子系统中观察到的诸如轴颈的"松动"现象,阻尼器的软力特性,以及以转子峰值共振转速随磁场强度发生明显移动为特征的"刚化"效应等重要现象有利于建立阻尼器模型。Bingham流体模型只能解释试验中观察到的轴颈"松动"现象,但不能解释其它现象。在建立转子系统剪切型磁流变脂阻尼器动力模型时必须考虑磁流变脂"刚化"效应的影响。     

谐波对感应电机振动影响研究

为了研究实际工况下感应电机的振动情况,对不同谐波参与下硅钢片的磁化特性和磁致伸缩特性进行测量。基于测得的本构关系,建立电机铁心的电磁-机械多场耦合模型。考虑电磁力和硅钢片的磁致伸缩效应,进行感应电机在不同谐波参与下电磁场和机械场的数值计算,以得到磁密、应力和振动的分布情况,进而分析谐波对电机铁心振动的影响,为减少感应电机的振动噪声提供有力的理论依据与计算方法。     

考虑磁致伸缩效应的电机应力数值仿真与实验

电机振动噪声的来源之一是电机定子铁心硅钢片的磁致伸缩效应。首先建立电磁-机械耦合数值模型,并在有限元分析软件中进行计算,研究磁致伸缩力单独作用与电磁力单独作用对电机定子硅钢片的影响。数值仿真结果表明:电机定子结构中磁致伸缩力为主要应力来源,定子铁心硅钢片中低频振动频率为供电频率的1倍频率与2倍频率。根据仿真思路设计实验,取出电机转子以保证主磁路通过电机定子,通过振动测量设备采集电机定子表面的振动信号进行分析,对仿真结果进行证明。计算理论与实验方法对分析磁致伸缩效应对电机定子振动噪声的影响具有重要的指导意义,对电机低噪声化的研究具有一定的学术意义和参考价值。     

几何尺寸对玻璃包覆铁磁合金微丝性能影响的分析及模拟

根据玻璃包覆合金微丝内应力的来源,分析了合金与玻璃层的热膨胀系数差异产生的内应力与玻璃包覆层和合金的杨氏模量、热膨胀系数以及尺寸的关系。通过计算不同合金芯直径和玻璃包覆层厚度时合金微丝不同径向位置处的内应力,建立了理想无限长玻璃包覆Fe基和CoFe基合金微丝的磁畴结构模型。模拟研究了玻璃包覆层厚度与合金芯半径的比值对内应力及磁各向异性的影响规律。结果表明,高饱和磁致伸缩系数和高的玻璃包覆层/合金芯半径比值使玻璃包覆合金微丝具有高内应力,最终导致高的磁各向异性等效场。