超磁致伸縮換能器動(dòng)力學(xué)特性及其仿真研究.pdf

1、超磁致伸縮材料作為一種高科技新功能材料，已被廣泛應(yīng)用于汽車(chē)、航空、機(jī)器人制造業(yè)，以及智能結(jié)構(gòu)中，自從研制成功以來(lái)，無(wú)論在材料組成、制備工藝、磁—機(jī)模擬的理論研究方面，還是材料的應(yīng)用開(kāi)發(fā)方面，一直受到各國(guó)高度重視；由于國(guó)內(nèi)無(wú)論在理論研究還是在實(shí)際應(yīng)用方面都相對(duì)落后，絕大部分相關(guān)文獻(xiàn)局限于介紹、綜述形式；在材料應(yīng)用開(kāi)發(fā)方面，也僅處于可行性研究和實(shí)驗(yàn)階段。因此對(duì)超磁致伸縮材料動(dòng)力學(xué)特性的研究，無(wú)論在理論還是在實(shí)際工程應(yīng)用方面都具有重要意義。

2、 本課題首先進(jìn)行材料的特性試驗(yàn)，探索材料的基本特性。通過(guò)數(shù)值擬合，得出最大磁致伸縮量△L與預(yù)壓力間的實(shí)驗(yàn)公式，找到了實(shí)驗(yàn)試件的最佳工作預(yù)壓力點(diǎn)。通過(guò)對(duì)換能器在最佳工作預(yù)壓力下電流與磁致伸縮值間的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，得出了最佳工作預(yù)壓力下的電流-磁致伸縮值間的經(jīng)驗(yàn)公式。并通過(guò)多維插值得到了電流-預(yù)壓力-磁致伸縮值三者間的擬合曲面。 在對(duì)換能器系統(tǒng)在靜態(tài)穩(wěn)定磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)形態(tài)的分析中，建立了換能器系統(tǒng)在靜態(tài)穩(wěn)定磁場(chǎng)中的力學(xué)模型，確立

3、了換能器系統(tǒng)的固有特性。并利用模態(tài)分析的方法得到了換能器在靜態(tài)穩(wěn)定磁場(chǎng)中的自由振動(dòng)的響應(yīng)。 通過(guò)引入預(yù)壓彈簧——碟簧的非線(xiàn)性特性，建立了帶有平方、立方項(xiàng)的換能器系統(tǒng)非線(xiàn)性模型。利用非線(xiàn)性理論確立了第一階近似解。并繪制了共振曲線(xiàn)。 通過(guò)對(duì)實(shí)際加工過(guò)程的分析，將簡(jiǎn)化后的系統(tǒng)切削力引入換能器系統(tǒng)非線(xiàn)性模型，建立了帶有平方、立方項(xiàng)的換能器系統(tǒng)非線(xiàn)性強(qiáng)迫振動(dòng)模型。在分析強(qiáng)迫振動(dòng)模型時(shí)發(fā)現(xiàn)換能器系統(tǒng)有著復(fù)雜的混沌現(xiàn)象。 最后

4、通過(guò)對(duì)超磁致伸縮車(chē)削刀架的實(shí)際應(yīng)用分析，結(jié)合現(xiàn)代精密加工控制理論，對(duì)超磁致伸縮換能器模型進(jìn)行了等效簡(jiǎn)化，建立了超磁致伸縮換能器系統(tǒng)的等效彈簧-質(zhì)量-阻尼模型。利用現(xiàn)代控制理論建立了超磁致伸縮換能器系統(tǒng)等效模型的控制模型，分析討論了各種因素對(duì)加工過(guò)程的影響，并引入PID控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)加工過(guò)程的控制。通過(guò)利用Simulink仿真系統(tǒng)對(duì)加工過(guò)程進(jìn)行模擬仿真，確立了任一確定加工狀態(tài)的PID控制器最優(yōu)參數(shù)，為以后的超磁致伸縮換能器系統(tǒng)的研究奠定了