超磁致伸縮換能器動力學(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、航空、機器人制造業(yè)，以及智能結(jié)構(gòu)中，自從研制成功以來，無論在材料組成、制備工藝、磁—機模擬的理論研究方面，還是材料的應(yīng)用開發(fā)方面，一直受到各國高度重視；由于國內(nèi)無論在理論研究還是在實際應(yīng)用方面都相對落后，絕大部分相關(guān)文獻(xiàn)局限于介紹、綜述形式；在材料應(yīng)用開發(fā)方面，也僅處于可行性研究和實驗階段。因此對超磁致伸縮材料動力學(xué)特性的研究，無論在理論還是在實際工程應(yīng)用方面都具有重要意義。

2、 本課題首先進行材料的特性試驗，探索材料的基本特性。通過數(shù)值擬合，得出最大磁致伸縮量△L與預(yù)壓力間的實驗公式，找到了實驗試件的最佳工作預(yù)壓力點。通過對換能器在最佳工作預(yù)壓力下電流與磁致伸縮值間的實驗數(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)驗公式。并通過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。 在對換能器系統(tǒng)在靜態(tài)穩(wěn)定磁場中的運動形態(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)定磁場中的自由振動的響應(yīng)。 通過引入預(yù)壓彈簧——碟簧的非線性特性，建立了帶有平方、立方項的換能器系統(tǒng)非線性模型。利用非線性理論確立了第一階近似解。并繪制了共振曲線。 通過對實際加工過程的分析，將簡化后的系統(tǒng)切削力引入換能器系統(tǒng)非線性模型，建立了帶有平方、立方項的換能器系統(tǒng)非線性強迫振動模型。在分析強迫振動模型時發(fā)現(xiàn)換能器系統(tǒng)有著復(fù)雜的混沌現(xiàn)象。 最后

4、通過對超磁致伸縮車削刀架的實際應(yīng)用分析，結(jié)合現(xiàn)代精密加工控制理論，對超磁致伸縮換能器模型進行了等效簡化，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加工過程的影響，并引入PID控制器來實現(xiàn)對加工過程的控制。通過利用Simulink仿真系統(tǒng)對加工過程進行模擬仿真，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