本文從稀土超磁致伸縮材料的獨特性能入手,結合國內外一些新的換能器設計理念,針對寬頻水聲換能器的使用特點,給出了換能器的理論設計方法,同時還給出了其結構形式。測試結果和使用性能表明,達到了預期的目的,這也是該材料在國內首次應用于單只寬頻水聲換能器中,開創了稀土超磁致伸縮材料應用的又一個先例。

tobearmoreloadsforheavytruckpistons,theshapeofheavytruckpistonpinholeisoftendesignedasnon-cylinderform.currentmethodscannotmeettheneedsforprecisionmachiningonnon-cylinderpistonpinhole(ncpph).anovelmechanismbasedongiantmagnetostrictivematerials(gmm)ispresented.newmodelsareestablishedfortheservomechanism,gmm,andmagnetizingforceofthecontrolsolenoidtocharacterizetherelationshipbetweenthecontrolcurrentofthesolenoidandthedisplacementofthegiantmagnetostrictiveactuator(gma).experimentsshowthatthenovelmechanismcanmeettheneedstoperformfinemachiningonncppheffectively.

稀土超磁致伸縮材料是目前材料領域中研究開發較活躍、應用領域較寬、市場前景較好的稀土功能材料之一。該材料起始于20世紀60年代,科學家發現某些稀土元素如鋱(tb)、鏑(dy)在低溫下沿基面的磁致伸縮是傳統的磁致伸縮材料的100-1000倍;70年代初人們獲得室溫下工作的稀土超磁

論述了超磁致伸縮作動器的基本原理,根據三種偏置磁場優缺點,選用增加單獨線圈產生偏置磁場。在磁路分析的基礎上,采用有限元仿真的方法,分析了不同參數和結構對各個組成部分的磁場影響。

超磁致伸縮材料能量密度高,導熱性相對較好,由其制造的功率超聲換能器能做成很大功率,但因為此類換能器總處在高強度高頻率磁場中工作,各種損耗很嚴重,帶來的熱量非常大,而超磁致伸縮材料對外界溫度又很敏感,故熱分析是該類換能器設計的重要方面。該文設計了換能器及其冷卻系統,以考慮渦流損失和附加損失的jile-atherton模型為基礎,提取了模型參數,計算得到了換能器的損耗總量;用有限元方法計算了冷卻水流場分布和換能器溫度場分布;對樣機進行了試驗,實驗與計算結果吻合良好。

介紹了超磁致伸縮材料的性能特點和利用國產超磁致伸縮材料研制的電-機械轉換器,及噴嘴擋板閥的結構組成和工作原理,建立了數學模型。構建了基于超磁致伸縮轉換器噴嘴擋板閥的控制壓力測試系統,試驗研究超磁致伸縮轉換器噴嘴擋板閥的控制壓力特性,得出了最佳控制壓力時不同參數間的匹配關系。結果表明,基于超磁致伸縮轉換器噴嘴擋板閥,具有較寬的控制壓力特性,良好的線性度,較快的響應速度,為進一步將其應用于兩級電液伺服閥提供了設計和試驗依據。

利用超磁致伸縮致動器(giantmagnetostrictiveactuator,gma)應變率大、響應頻率高的優點和脈沖噴射裝置的結構特點設計了基于gma的脈沖噴射開關閥,分別分析gma和脈沖噴射開關閥本體在動態工作條件下的系統傳遞函數,綜合分析后建立閥的流量、噴射速度與驅動電流之間的系統方框圖和傳遞函數。simulink的開關閥動態仿真結果顯示,基于gma的脈沖噴射開關閥的工作頻帶寬度大于400hz,可滿足大部分噴射裝置的工作要求。gma位移掃頻試驗結果表明,該模型在低頻范圍內可正確反映開關閥的動態特性,高頻范圍內需考慮溫度和磁滯的影響。

本文提出了用超磁致伸縮材料與壓曲放大機構相結合構成微位移驅動器的方法,建立了超磁致伸縮執行器的控制系統傳遞函數模型。文中對所建立的系統進行了相頻和幅頻特性的理論分析和實驗,合理地解釋了此系統的遲滯曲線隨輸入信號頻率變化的原因。為了進行遲滯非線性補償,提出了相位補償與遲滯逆模型相結合來補償遲滯特性的控制方法。實驗結果證明了系統理論模型的準確性和補償控制方法的有效性。

通過優化設計驅動線圈和terfenol-d的形狀尺寸,改善以超磁致伸縮材料terfenol-d為主動材料的高速開關閥的性能.選擇合適的漆包線線徑以降低線圈電阻;優化線圈形狀函數以提高線圈的磁場生成能力;改善terfenol-d的尺寸來降低磁通路徑的磁阻,減小渦流損耗,提高致動器的磁場利用率;兼顧提高致動器的能量轉換效率,提出優化設計超磁致伸縮致動器的規律.兩個致動器的實驗對比驗證了該設計方法的可行性.

針對空間結構的動力災變控制,以超磁致伸縮材料為核心元件,充分利用其輸出力大、響應速度快、可靠性高、驅動電壓低等磁控特性,設計出一種將電磁能轉化為機械能的磁致伸縮作動器,并分析其工作原理和設計方法,然后通過試驗對其進行輸出性能測試。

超磁致伸縮驅動器具有輸出振幅過小導致轉換效率不高的問題,針對此問題提出了諧振式超磁致伸縮音頻驅動器的理念,利用音叉的機械結構實現了超磁致伸縮驅動器振幅的放大,同時利用音叉的頻響曲線去修正超磁致伸縮驅動器的頻響曲線,以提升揚聲器響度。研究了音叉的選擇,及其中超磁致伸縮驅動器的具體設計過程,并在專業消音室對諧振式超磁致伸縮音頻驅動器進行了性能測試,測試結果表明驅動器改進后超磁致伸縮揚聲器在音響上有顯著提升。

針對超磁致伸縮伺服閥的結構特點,研究了其參數設計規律,建立了超磁致伸縮伺服閥集中參數數學模型和動態仿真模型。通過仿真研究得出了該伺服閥主要設計參數對其動態特性的影響規律及其穩定性特點,通過對主要設計參數的優化表明,在-8db幅值穩定裕量下超磁致伸縮伺服閥幅頻寬可以達到近700hz。

超磁致伸縮換能器工作的同時受到機械力場和電磁場的雙重作用,特性必然受機械結構參數和電源特性的雙重影響,為尋找最佳的機械結構參數和電源特性參數,必須建模研究。本文討論了超磁致伸縮換能器的建模方法,為換能器的設計、研究提供借鑒。

超磁致伸縮換能器工作時同時受機械力場和電磁場的雙重作用,特性必然受機械結構參數和電源特性的雙重影響,為尋找最佳的機械結構參數和電源特性參數,必須建模研究。討論超磁致伸縮換能器的建模方法,為換能器的設計、研究提供借鑒。

介紹了一種新型電動機超磁致伸縮諧波電動機,它是根據諧波傳動和超磁致伸縮材料電磁效應原理設計的。根據所設計的由四相超磁致伸縮驅動器構成的超磁致伸縮波發生器,通過分析其工作原理,提出了相應的控制方案,并設計了可快速響應的超磁致伸縮驅動器的驅動原理圖。簡要敘述了使電機實現調速、換向、精確定位等各項功能的控制系統軟件設計方案。

用超磁致伸縮材料做成的換能器具有輸出力大、響應速度快的特點,這就要求其驅動電源瞬間能輸出較大的電流以形成強磁場。由于該換能器是處于間歇工作狀態,利用電容的儲能原理制成的驅動電源能滿足要求,其關鍵的難點是儲能電容的容量要與換能器線圈的參數相匹配,才能得到良好的效果。可用matlab軟件,通過計算機輔助分析的方法確定儲能電容的參數值。儲能電容的充放電轉換開關可用繼電器或場效應管實現。實驗表明,該電源可用小型的充電電池供電,并具有連續工作時間長,工作可靠,瞬間輸出功率大,體積小、重量輕的特點,特別適合野外使用。

稀土超磁致伸縮換能器是一種新型的可控震源。本論文針對稀土超磁致伸縮換能器并結合淺層地震勘探的特點,研制了稀土超磁致伸縮換能器驅動器。該驅動器由計算機pci總線fpga信號發射卡、igbt驅動器、igbt逆變器及電源組成。由該驅動器和稀土超磁致伸縮換能器組成震源系統,將其應用于淺層地震勘探模型試驗中,取得了良好的效果。

利用超磁致伸縮材料的壓磁效應開展新型非接觸式扭矩測量方法的設計研究,為最終實現一種對被測軸系基本沒有改動、只需貼附一層敏感材料的非接觸式扭矩測量方法建立先期研究基礎,進而為航空器動力軸輸出扭矩的實時、在線測量提供一種有效手段。

超磁致伸縮驅動器具有響應快、輸出應變大、機電轉化效率高等優點,但因受超磁致伸縮材料內在的磁滯效應與磁-機耦合效應等因素影響,導致其輸出位移存在較大滯環,大大降低了驅動器的輸出位移精度,也影響了該材料及其致動器更廣泛的應用。為了有效地設計和使用超磁致伸縮驅動器,需要建立準確描述其磁滯非線性的數學模型。在經典preisach模型的基礎上建立了超磁致伸縮驅動器的preisach磁滯數值模型,并通過對preisach限制三角形的離散劃分,依賴大量實驗數據辨識了該模型的參數,并進行了超磁致伸縮驅動器磁滯輸出實驗研究。實驗結果表明:該preisach磁滯模型能較好地描述準靜態下超磁致伸縮驅動器的磁滯現象,對指導超磁致伸縮驅動器位移精度的提高具有一定意義。

為了提高稀土超磁致伸縮換能器驅動電源的效率以及實用性,采用dsp器件tms320f2812作為主控芯片,結合混合脈寬調制方法實現spwm波形。采用半橋型逆變電路實現spwm的功率放大,并對隔離驅動電路、反饋電路和濾波匹配電路進行合理而有效的設計,保證了換能器的輸出效能。同時使用電流控制頻率的方法實現諧振頻率的自動跟蹤。實驗證明,該驅動電路輸出頻率穩定,波形失真度低,且能量轉換效率較高。

設計一種超磁致伸縮噴油器,其特點為超磁致伸縮致動器直接驅動針閥。將整個系統視為單自由度線性系統,建立了系統的動力學方程,求解得到無針閥閥體撞擊時的閥口開度表達式。利用初速度分析了撞擊對閥口開度的影響,并分析了靜止位置和頻率比兩個可控參數的影響。得到穩態平衡位置要略低于靜止位置,才能保證針閥無激勵時可靠關閉;頻率比高于5時,棒伸長量的95%都用于開啟閥口的結論。

稀土超磁致伸縮器件的設計與應用