基于自由能模型的GMA磁機(jī)耦合特性研究.pdf

1、采用超磁致伸縮材料(Giant Magnetostrictive Material,GMM)制作的稀土超磁致伸縮微驅(qū)動(dòng)器(Giant Magnetostrictive Actuator,GMA)具有大應(yīng)變、高精度、強(qiáng)力以及響應(yīng)速度快、可靠性高等優(yōu)勢(shì),迅速成為微驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。目前已有GMA在精密流體傳輸與控制、精密加工、精密蠕動(dòng)機(jī)構(gòu)、聲納、振動(dòng)抑制等領(lǐng)域的應(yīng)用研究報(bào)道。研究表明:執(zhí)行器輸出信號(hào)和輸入信號(hào)存在著本征關(guān)系。1980年,C

2、lark提出了超磁致伸縮執(zhí)行器的線性本構(gòu)方程,此方程雖然忽略了許多非線性現(xiàn)象,但卻大體上表達(dá)出了超磁致伸縮材料磁—機(jī)和機(jī)—磁關(guān)系,成為了進(jìn)一步研究的基礎(chǔ)。本征非線性是智能材料實(shí)用化過(guò)程中的一大難題,由于材料本身機(jī)—電磁—熱之間的強(qiáng)耦合屬性,使得這種非線性問(wèn)題十分復(fù)雜,進(jìn)而導(dǎo)致建模十分困難。目前常用的商業(yè)軟件ANSYS、COMSOL和SAP等都僅包含針對(duì)電—機(jī)耦合的壓電模塊,未能涉及超磁致伸縮材料的電—磁—機(jī)三場(chǎng)耦合。
　　 論文

3、以微致動(dòng)技術(shù)為背景,分別論述了超磁致伸縮致動(dòng)器的應(yīng)用器件和磁機(jī)耦合研究現(xiàn)狀,并且介紹了超磁致伸縮材料及其特性、磁致伸縮機(jī)理、超磁致伸縮致動(dòng)器及其建模方法。
　　 在超磁致伸縮材料的工作特性的基礎(chǔ)上,完成超磁致伸縮致動(dòng)器的設(shè)計(jì)。針對(duì)所設(shè)計(jì)的超磁致伸縮致動(dòng)器,在理解COMSOL軟件的電磁場(chǎng)分析理論后建立了其三維有限元模型,分析了其磁場(chǎng)特性。分析結(jié)果表明,磁路結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理,GMM棒上的磁感應(yīng)強(qiáng)度滿足要求,漏磁較少。
　　 本文

4、通過(guò)自由能磁滯模型對(duì)超磁致伸縮致動(dòng)器的磁滯特性和非線性進(jìn)行深入研究和描述,并以此作為材料模型求解壓磁方程系數(shù)矩陣;然后針對(duì)整個(gè)GMA系統(tǒng),利用Maxwell方程對(duì)其三維磁場(chǎng)分布進(jìn)行研究,利用牛頓第二定律對(duì)其機(jī)械場(chǎng)進(jìn)行研究,結(jié)合推導(dǎo)出弱解形式下的磁機(jī)耦合方程組,建立其三維磁—機(jī)耦合模型,并將自由能磁滯模型作為材料本征模型與三維耦合模型進(jìn)行結(jié)合,建立超磁致伸縮致動(dòng)器的三維非線性耦合模型,然后對(duì)其進(jìn)行有限元離散化,代入增量形式的壓磁方程,共同