超磁致伸縮換能器動(dòng)力學(xué)特性與機(jī)電模擬分析.pdf

1、現(xiàn)今主流的標(biāo)準(zhǔn)結(jié)構(gòu)的超磁致伸縮換能器普遍采用電流勵(lì)磁法進(jìn)行磁場(chǎng)建模，這種方法存在著精度不高，重復(fù)性較差等缺點(diǎn)。而本文在換能器磁場(chǎng)建模上采用的磁荷法則具有磁滯和非線性小、精度高、重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)電磁場(chǎng)理論和課題組研制的換能器內(nèi)部實(shí)際磁路結(jié)構(gòu)，建立了換能器的空間磁場(chǎng)模型，為換能器的基于磁感應(yīng)強(qiáng)度的控制模型提供了較為方便的理論基礎(chǔ)，彌補(bǔ)了原有磁路分析法的不足，進(jìn)一步改善了基于磁場(chǎng)強(qiáng)度的控制模型理論。并通過MATLAB等數(shù)學(xué)工具對(duì)理論模型進(jìn)

2、行仿真，討論了換能器內(nèi)部磁場(chǎng)的一些性質(zhì)，為換能器磁路設(shè)計(jì)提供了良好的理論基礎(chǔ)，此部分是本文的重點(diǎn)工作之一。 在對(duì)超磁致伸縮換能器工作原理和空間磁場(chǎng)的理論分析的基礎(chǔ)上，對(duì)其靜、動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。其中靜態(tài)特性實(shí)驗(yàn)包括電流．輸出位移實(shí)驗(yàn)、預(yù)應(yīng)力．輸出位移實(shí)驗(yàn)、電流．輸出力實(shí)驗(yàn)和滯回特性實(shí)驗(yàn)，動(dòng)態(tài)特性實(shí)驗(yàn)包括動(dòng)態(tài)位移輸出實(shí)驗(yàn)、動(dòng)態(tài)輸出力實(shí)驗(yàn)。通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，用圖示的方法對(duì)所建立理論模型進(jìn)行了驗(yàn)證。 本文的又一重點(diǎn)工作是

3、從能量的角度推導(dǎo)超磁致伸縮材料的非線性本構(gòu)關(guān)系，并指出了超磁致伸縮材料在工作時(shí)，其本構(gòu)關(guān)系本質(zhì)上是非線性的，只有當(dāng)超磁致伸縮材料工作下無預(yù)壓應(yīng)力作用的情況下，才可以采用簡(jiǎn)化的線性壓磁方程來描述它的動(dòng)力學(xué)行為。接下來分別根據(jù)線性和非線性壓磁方程推導(dǎo)出的邊界條件，在對(duì)換能器的數(shù)學(xué)模型求解后分別進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)特性的討論和對(duì)比。最后，根據(jù)課題組研制的超磁致伸縮材料換能器結(jié)構(gòu)和工作原理，給出了其機(jī)電耦合模型，并建立了其動(dòng)態(tài)特性模型，利用MATLAB

4、中的SIMULINK模塊構(gòu)建了仿真模型并對(duì)其動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了仿真研究，用以對(duì)比其空間磁場(chǎng)理論模型和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的誤差。 最后，簡(jiǎn)單闡述了機(jī)電模擬的理論，并根據(jù)第一類機(jī)電模擬理論建立了超磁致伸縮材料的等效電路并求出了相關(guān)的電氣參數(shù)的表達(dá)式。接著根據(jù)第二類機(jī)電模擬理論建立了換能器的機(jī)電模擬網(wǎng)絡(luò)，通過對(duì)等效電路的分析，應(yīng)用曲線擬合理論的最小二乘法原理對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，得到了在全頻率下的擬合數(shù)據(jù)，并根據(jù)這些數(shù)據(jù)最終確定了超磁致伸縮換能器的機(jī)