基于超磁致伸縮材料的微位移致動器設計與研究.pdf

1、稀土超磁致伸縮材料(GMM)是近年來發(fā)展起來的一種新型機敏材料,具有應變大、強力、能量密度高、響應速度快等優(yōu)異特性,其開發(fā)與應用得到世界各國學者的關注,產(chǎn)量及市場銷量增長非常迅速.基于其正磁致伸縮效應制作的超磁致伸縮致動器(GMA)具有廣闊的應用前景,是一類很有潛力的新型微位移致動器.超磁致伸縮材料作為一種功能材料具有很多優(yōu)異性能,但也存在幾個對應用極為不利的固有特性,主要包括磁滯特性、非線性動力學特性和對工作條件的變化非常敏感等,在設

2、計和使用應用系統(tǒng)過程中必須加以充分考慮.本文根據(jù)超磁致伸縮材料的工作特性及其在工程應用中的要求,以國產(chǎn)稀土超磁致伸縮材料為基礎,以超磁致伸縮致動器為研究對象,在超磁致伸縮材料的工作特性、性能參數(shù)測定、微位移致動器的設計與實現(xiàn)、靜動態(tài)特性實驗研究等方面進行了較為深入而系統(tǒng)的研究.全文分為六章,各章主要內(nèi)容分述如下:第一章概要說明磁致伸縮現(xiàn)象及其機理;綜述超磁致伸縮材料的主要特性、發(fā)展歷史與研究現(xiàn)狀;介紹國內(nèi)外應用研究概況及存在的問題,在此

3、基礎上陳述了本課題的選題意義并給出研究內(nèi)容和結構安排.第二章分析稀土超磁致伸縮材料的工作特性,介紹其在弱磁場激勵下的磁機電耦合特性以及相關特性參數(shù)的測量方法.測得了國產(chǎn)超磁致伸縮材料的一系列機械和物理特性參數(shù),為采用這些材料開發(fā)應用器件提供了重要的數(shù)據(jù).第三章討論稀土超磁致伸縮致動器的靜態(tài)與動態(tài)模型分析方法:介紹了超磁致伸縮致動器的靜態(tài)位移和力輸出模型;建立了動態(tài)集總參數(shù)機電耦合模型,并在傳統(tǒng)模型中引入磁通反饋,消除將線圈電感作為常數(shù)所

4、帶來的模型失真;詳細介紹了稀土超磁致伸縮致動器基于能量的非線性滯回特性建模理論與算法.第四章在已知稀土超磁致伸縮材料的工作特性,并分析超磁致伸縮致動器的基本結構與工作原理的基礎上歸納出設計超磁致伸縮致動器的幾個關鍵問題;提出超磁致伸縮致動器的一般設計與計算方法;給出超磁致伸縮致動器的設計過程與實現(xiàn)結果.將強制水冷與相變溫控結合運用,構成了磁致伸縮棒組合溫控裝置.第五章介紹超磁致伸縮致動器的驅(qū)動、控制和靜動態(tài)特性實驗的系統(tǒng)原理、實驗設備、