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超磁致伸缩电—机械转换器研究及应用

张凯军  
【摘要】: 超磁致伸缩材料是(Giant Magnetostrictive Material,GMM)一种新型的稀土功能材料,具有磁致伸缩应变大、响应速度快、能量密度高、输出力大等显著的特点,以其优异的性能和良好的应用前景而得到了世界各国研究者的广泛关注,其相应的理论及应用研究正日益广泛,相关的各种应用器件正被世界各地的研究者开发出来。 本文从超磁致伸缩材料的主要特点及其应用概况出发,以国产的超磁致伸缩材料为基础,进行了超磁致伸缩电—机械转换器的结构及在流体控制元件中应用的研究,探讨了超磁致伸缩电—机械转换器常用的热补偿方法,并结合流体控制元件的具体特点,采用热补偿管进行热补偿。对超磁致伸缩电—机械转换器的静动态特性、电磁模型、机械模型、离散化模型、集中参数机电耦合模型作了理论分析,对超磁致伸缩电—机械转换器的动态特性进行了仿真分析,仿真结果表明本系统是稳定的,仿真频率响应曲线与试验基本一致;通过对驱动磁场的分布规律进行了仿真,得出了设计均匀磁场的基本参数,为结构优化提供了依据。最后进行了超磁致伸缩电—机械转换器实验研究,采用压力传感器测出了GMA的输出压力响应曲线,从实验曲线可以看出:输入电流幅值和输入电流频率对转换器输出力的影响,输出力与输入电流幅值基本呈线性关系,输出力随输入电流频率的变化而变化;测量了GMA电磁场的电磁感应强度,实验数据表明GMM棒处的磁场均匀度较好,所得实验数掘与电磁场仿真分布曲线基本吻合。对以上实验结果进行了定性分析,为超磁致伸缩电—机械转换器进一步的理论和实验研究积累了一定的经验。论文各章节的内容如下: 第一章回顾了超磁致伸缩材料的历史发展进程、磁致伸缩机理及主要性能特点,阐述了超磁致伸缩材料在国内外的研究发展概况,对课题研究的意义及课题研究的主要内容作了介绍。 第二章着重讲述了超磁致伸缩电—机械转换器的结构研制,热变形补偿结构原理研究、GMA电结构研究、偏置磁场及电磁路研究,并对超磁致伸缩电—机械转换器的一些研制依据作了探讨。 浙江大学硕士学位论文 第三章是对GMA的定性理论分析,论述了超磁致伸缩电一机械转换器的各 利‘模型,包括静、动态特性及机械模型、电磁模型等等,还就有限元法、有限差 分法等数值计算方法在GMA研究中的应用作了理论探讨,得出了一些相关的磁 场分布曲线。 第四章是超磁致伸缩电一机械转换器的综合实验研究,包括GMA的输出力 实验研究、GMA的电磁场特性实验研究、GMA输入输出特性实验研究等等, 并对实验结果作了分析。 第五章对论文全文进行了总结,并对以后GMM的研究思路和发展前景作了 一些展望。


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