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直动型超磁致伸缩换能器的优化设计及其在振动焊接中的应用

汪洋  
【摘要】: 针对振动焊接中要求振源的振动频率高、输出力大的要求,本文研制了超磁致伸缩换能器(简称GMM换能器)。该换能器利用了超磁致伸缩材料的磁机转换,将电磁能转换为机械输出,具有抗压强度大、工作频域广、响应速度快和能量密度高等特点,满足振动焊接对振源的要求。本文在包钢钢威液压件有限责任公司支持下,优化设计出GMM换能器,实现其在振动焊接中的应用,提高了焊接的质量,满足市场需求。全文共分为以下六章: 第一章阐述了本学位论文的研究背景及意义,介绍了振动焊接的现状和发展方向,说明了GMM换能器的应用及其相关理论的研究现状,提出了论文研究的主要内容。 第二章说明了超磁致伸缩材料(GMM)的工作机理和基本特性,介绍了GMM换能器的设计理论,详细阐明了动力学设计法、等效电路设计法和有限元设计法在GMM换能器设计中的应用。 第三章根据包钢钢威液压件有限责任公司对振源的指标要求,研制了GMM换能器,在完成换能器总体结构设计后,根据输出力和位移要求确定了GMM棒的参数;优化设计出磁回路中线圈结构参数和导磁材料尺寸,保证了GMM棒区域的磁场强度最优和分布均匀;开发了预压力装置和机械传递装置。 第四章搭建了GMM换能器试验平台,测试预压力和偏置磁场对其工作能力和能量传递效率的影响,优化了初始预压应力和磁偏置;用压磁压电比拟法在ANSYS有限元软件中对GMM换能器进行了压磁耦合,并对其共振频率特性和响应特性进行了仿真研究。 第五章实现了超磁致伸缩换能器在振动焊接中的应用,完成了振动焊接系统的机械结构、硬件部分和软件部分的设计;测试GMM换能器工作时的动态特性,验证了GMM换能器设计指标,计算出不同电流幅值和频率下其能量传递效率;最后研究了振动焊接最佳工作方案。 第六章是全文的总结和展望。


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