收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

超磁致伸缩致动器热特性分析及热形变补偿方法研究

王汉玉  
【摘要】:超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,GMM)是一种新型磁控功能材料,可实现电磁能和机械能的双向转换。以GMM为核心元件的超磁致伸缩致动器(Giant Magnetostrictive Actuator,GMA),具有驱动位移精度高、响应快、结构简单等优异特性。在精密和超精密加工、主动振动控制、流体机械等工程领域具有广阔的应用前景。然而,由于GMM固有的磁滞特性、涡流特性引起的温度变化严重影响着GMA的输出精度,并降低其工作性能,限制了其在精密、超精密驱动设备领域的发展。本文以提高GMA工作精度、拓展其在精密与超精密加工领域的应用为研究目标,对GMM的涡流损耗特性、非线性本构行为以及GMA的温度特性、热补偿控制方法和非线性多场动态耦合本构模型展开了系统研究,研制了具有热补偿功能的GMA。针对时变磁场下GMM的涡流损耗问题,基于麦克斯韦电磁方程及涡流效应,建立了考虑涡流效应及径向磁场分布不均的GMM古典涡流损耗数学模;基于微观磁学理论、MO(Magnetic Object)概念研究了GMM超涡流损耗,并建立了考虑应力影响的超涡流损耗数学模型。利用热力学理论和能量守恒定律,建立在磁场、应力与温度共同耦合作用下,包含磁滞及涡流损失的GMM非线性本构耦合磁滞模型;再以动量定理为基础,建立了精密微位移GMA的非线性多场耦合动态模型研究。采用有限元分析法对GMA内部磁场及温度分布规律进行分析,研究GMA热变形补偿控制方法,设计了具有热补偿功能的GMA。搭建GMA性能测试系统,对其进行补偿结构、动静态下位移输出特性、温度特性、压力特性实验研究。实验结果表明,3A直流激励下连续工作120mins GMA的温度可达到87.4℃;动态激励下150Hz为GMA内部两种热源分界点;补偿结构在中低温(小于45℃)补偿效果较好;GMA的最佳预紧力为18MPa。静态激励下GMA的位移输出与激励电流间存在磁滞特性,激励电流4A、2A时GMA的输出位移分别为81.6μm、54.1μm;2A交流条件下,GMA的最佳工作频率为500Hz。研究结果对GMA的温度控制及其热致变形提供一种有效的新方法,同时对提高GMA的工作精度、推进其在精密与超精密加工领域的进一步应用具有重要意义。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 邬义杰,刘楚辉;超磁致伸缩驱动器设计准则的建立[J];工程设计学报;2004年04期
2 肖俊东,王占林;气/液阀用超磁致伸缩驱动器的设计理论及方法研究[J];机械科学与技术;2005年08期
3 刘楚辉;;超磁致伸缩驱动器的热致输出及其抑制方法[J];机械制造;2006年08期
4 席建敏;何忠波;李冬伟;赵海涛;;超磁致伸缩驱动器原理分析及实验研究[J];科学技术与工程;2010年11期
5 李国平,魏燕定,陈子辰;超磁致伸缩驱动器的输出特性研究[J];农业机械学报;2004年03期
6 王福吉,贾振元,刘巍,张永顺,郭东明;超磁致伸缩薄膜磁致伸缩耦合机理的有限元分析[J];中国机械工程;2005年18期
7 李国平,陈子辰;超磁致伸缩驱动器输出特性的实验研究[J];兵工学报;2005年01期
8 陈敏;卢全国;刘德辉;陈定方;舒亮;;超磁致伸缩驱动器工作温升抑制的有限元分析[J];南昌工程学院学报;2007年03期
9 王伟;宓一鸣;钱士强;周细应;;稀土超磁致伸缩薄膜的研究进展[J];热加工工艺;2007年24期
10 魏玉鹏;王姝;张旭东;李建功;;超磁致伸缩薄膜研究进展[J];材料导报;2008年06期
11 邹波;邬义杰;张雷;;基于参数辨识的超磁致伸缩执行器自感知研究[J];组合机床与自动化加工技术;2009年02期
12 马增峰;李东伟;张磊;崔旭;;超磁致伸缩驱动器的输出特性研究[J];新技术新工艺;2011年11期
13 贾宇辉,谭久彬;超磁致伸缩驱动器及有限元分析方法的研究[J];光学精密工程;2000年02期
14 李国平,魏燕定,陈子辰;超磁致伸缩驱动器热输出的抑制与补偿方法[J];制造技术与机床;2003年11期
15 徐杰,陈张健,邬义杰;超磁致伸缩驱动器热变形补偿及温控方法研究[J];组合机床与自动化加工技术;2005年06期
16 刘吉延,斯永敏;应力对非晶超磁致伸缩薄膜形变影响的理论计算[J];材料科学与工程学报;2005年02期
17 邵红艳,李国平,郑名国;超磁致伸缩驱动器磁场输出位移的有限元分析[J];机床与液压;2005年04期
18 王雷;谭久彬;刘玉涛;;超磁致伸缩体内涡流效应有限元分析[J];光学精密工程;2006年03期
19 李小鹏;荣凯;杜旭;田库;万礼超;张成明;李立毅;;超磁致伸缩器的热补偿研究[J];天津工程师范学院学报;2010年02期
20 王传礼,丁凡,张凯军;超磁致伸缩薄膜转换器及其在微流体元件中的应用[J];矿冶工程;2003年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 彭太江;伍晓宇;王红志;李积彬;梁雄;;超磁致伸缩驱动器研究与发展[A];2009年广东先进制造技术(佛山)活动周文集[C];2009年
2 刘吉延;马世宁;;超磁致伸缩薄膜低场性能及应用研究[A];第六届全国表面工程学术会议暨首届青年表面工程学术论坛论文集[C];2006年
3 刘吉延;马世宁;;超磁致伸缩薄膜低场性能及应用研究[A];第六届全国表面工程学术会议论文集[C];2006年
4 彭太江;伍晓宇;王红志;李积彬;梁雄;;超磁致伸缩驱动器研究与发展[A];2009海峡两岸机械科技论坛论文集[C];2009年
5 王福吉;贾振元;赵建国;刘巍;;悬臂梁式超磁致伸缩薄膜驱动器动力学模型[A];2007年中国机械工程学会年会论文集[C];2007年
6 吴学忠;谢立强;李圣怡;;超磁致伸缩薄膜性能测试与评价[A];全球化、信息化、绿色化提升中国制造业——2003年中国机械工程学会年会论文集(微纳制造技术应用专题)[C];2003年
7 陈海燕;杨庆新;刘素贞;杨文荣;刘福贵;;超磁致伸缩薄膜执行器的模型建立[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅰ[C];2004年
8 季诚昌;马伟增;李建国;周尧和;;稀土超磁致伸缩棒材制备工艺[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
9 张超;高旭;裴永茂;;超磁致伸缩薄膜材料的应变效应[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年
10 张凯军;;超磁致伸缩薄膜转换器及其在微流体控制元件中的应用[A];2006年全国电子机械和微波结构工艺学术会议论文集[C];2006年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张丽慧;电机驱动超磁致伸缩执行器[D];浙江大学;2016年
2 刘巍;超磁致伸缩薄膜的磁机耦合特性及其在泳动机器人中的应用[D];大连理工大学;2007年
3 赵亚鹏;超磁致伸缩泵设计理论与实验研究[D];武汉理工大学;2013年
4 王晓煜;超磁致伸缩微位移执行器的系统建模与控制方法研究[D];大连理工大学;2007年
5 王志华;超磁致伸缩式与永磁式振动发电的理论与实验研究[D];河北工业大学;2010年
6 张成明;超磁致伸缩致动器的电—磁—热基础理论研究与应用[D];哈尔滨工业大学;2013年
7 唐志峰;超磁致伸缩执行器的基础理论与实验研究[D];浙江大学;2005年
8 王福吉;正负超磁致伸缩复合薄膜静动态特性及控制关键技术[D];大连理工大学;2005年
9 那日苏;超磁致伸缩微机械悬臂梁系统的理论研究[D];内蒙古大学;2008年
10 严柏平;超磁致伸缩执行器磁机耦合模型及自感知应用研究[D];哈尔滨工业大学;2014年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 李逸信;基于动态Preisach模型的差动型超磁致伸缩微位移控制系统研究[D];哈尔滨工业大学;2015年
2 高洪亮;超磁致伸缩液压泵驱动器设计及其在折叠机翼变体飞行器中的应用[D];哈尔滨工业大学;2015年
3 贾玉龙;超磁致伸缩冻雨传感器的研究[D];河北工业大学;2015年
4 沙钊;非圆孔精密加工超磁致伸缩智能构件的设计方法研究及软件开发[D];浙江大学;2013年
5 张慧;新型超磁致伸缩驱动器的设计及性能研究[D];上海应用技术大学;2016年
6 纪良;超磁致伸缩电静液作动器温度场分布与热位移特性研究[D];南京航空航天大学;2016年
7 杨旭磊;超磁致伸缩电静液作动器磁场与流场特性及试验研究[D];南京航空航天大学;2016年
8 朱优兵;超磁致伸缩谐波电机特性研究[D];大连理工大学;2016年
9 汪慧;基于超磁致伸缩作动器的车辆垂向振动主动悬架仿真研究[D];兰州交通大学;2016年
10 张文迪;超磁致伸缩—压电复合传感器的非线性磁电响应特性[D];天津大学;2016年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978