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主动控制转子系统中的形状记忆合金的非线性研究

赵涛  
【摘要】:形状记忆合金是一种新型的功能材料,它具有形状记忆特性、变刚度特性和超弹性特性。利用变刚度特性可以设计出用于转子系统的可变刚度支承,通过结合主动控制技术,在临界转速附近改变系统刚度,从而降低系统在临界转速时的最大振幅。同时,由于形状记忆合金在高温和超弹性状态下具有软非线性,通过结合挤压油膜阻尼器,可以实现系统刚性的非线性可控,使系统振幅在升降速过程中总处于小解状态,进一步降低系统振幅。利用形状记忆特性可以通过用电流控制形状记忆合金的温度从而改变记忆合金控制器中记忆合金丝的相变,可以达到控制转子的振幅问题。本文研究利用形状记忆合金对转子系统振动进行主动控制。 1)运用非线性方法解决记忆合金材料的热传导和热弹性耦合问题,较精确地求解记忆合金在自身温度发生变化时的温度和位移解。当温度变化剧烈时,热常数α,β和热弹性常数λ,G不在是常数而是温度的函数,分别讨论了α,β和λ,G对温度和位移的影响,得出了四条有用的结论,从而利用记忆合金丝端部的相变来控制转子的振动。 2)由于Ti50Pd30Ni20记忆合金的相变温度在200℃以上,利用Ti50Pd30Ni20高温形状记忆合金制作的控制器来主动控制在高温下工作的转子的振动稳定性问题。并通过仿真计算可以看到高温形状记忆合金有效地减小了转子加速时的振幅,振幅减小达60%以上。 本文得到国家自然科学基金(59975065)和博士学科点专项科研基金(2000005624)的资助。


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