微伸缩半线性热弹性力学材料的有限传播速度

基于微局部观点,利用频谱分析对角化的方法,讨论了一维半线性微伸缩热弹性力学材料的奇性传播问题,证明了该模型柯西问题解的奇性传播具有有限的传播速度.所获结果表明了此类微伸缩固体材料应力集中处的变化规律.

微伸缩的热弹性力学方程组柯西问题解的奇性传播

用频率分析对角化的方法,研究了一维线性微伸缩的热弹性力学方程组柯西问题解的奇性传播规律.首先从微局部观点出发,利用拟微分算子将双曲抛物的耦合方程组弱解耦.然后利用经典的双曲抛物方程理论和穿梭法,证明了柯西问题解的奇性传播具有有限传播速度、解的奇性沿双曲算子的零次特征带进行传播.

磁场对液体-微伸缩固体介面波传播的影响

在一个传播理想的非粘性液体半空间,和一个传播理想的微伸缩弹性固体半空间之间,研究介面处纵波的反射和透射.在两个半空间中,满足介面处必需的边界条件下,得到控制方程的适当解,是一组以不同反射和透射波振幅比表示的5个非齐次方程.以水和铝-环氧树脂合成材料介面为实际例子,用Gauss消除法的Fortran程序求解方程组.考虑存在和不存在外加横向磁场两种情况,在某些入射角范围内,计算振幅比的数值解.最后用图形给出横向磁场对不同反射和透射波振幅比的影响.

基于超磁致伸缩材料的微位移驱动器特性研究

具有立方莱夫斯相结构的Ｒｆｅ２ 赝化合物ＴｂＸＤｙ（１－ Ｘ）Ｆｅ２，在室温环境下具有极大的磁致伸缩量，应用这种材料研制的微位移驱动器，具有大位移、高分辨率及大输出力等特点。从驱动器使用角度出发，对这种材料的原理及特性进行了阐述，同时分析了超磁致伸缩驱动器的结构及特性。设计并研制了超磁致伸缩微位移驱动器，通过实验分析，驱动器的位移分辨率达０．５ ｎｍ ，行程范围达４０ μｍ ，在精密及超精密加工领域有着广阔的应用前景。

超磁致伸缩微位移执行器的矢量阻抗分析模型

基于线性压磁方程、机电换能方程和阻抗分析理论,建立了超磁致伸缩执行器的矢量阻抗分析模型。模型中将执行器系统的矢量阻抗分为机械导纳和电气阻抗两部分讨论,在机械导纳中引入负载影响,将压磁系数定义为复常数,模拟磁滞效应;在电气阻抗中,通过在求解的超磁致伸缩材料内部磁场引入涡流影响项来模拟系统的非线性特性;两部分之和得出超磁致伸缩微位移执行器系统的矢量阻抗。实验结果显示,模型计算的系统矢量阻抗值与测量值间幅值误差约7%,相位误差约7.7%,表明所建立的模型能够近似描述系统在精密加工场合时的阻抗特性,可为超磁致伸缩微位移执行器的设计、控制和性能优化提供指导。

电致伸缩微位移装置的高精度控制方法研究

针对电致伸缩微位移装置高精度控制的需求 ,研究了基于非线性迟滞模型的前馈补偿与反馈技术相结合的控制方法 ,对电致伸缩微位移装置进行控制 ,取得良好的控制效果。将其应用于柔性工作台控制系统中 ,系统在跟踪正弦曲线时 ,跟踪误差小于 5 nm。

超磁致伸缩微驱动器在纳米测量中应用的研究

Ｘ射线衍射仪是目前纳米检测中最为行之有效的一种方法，对纳米技术的发展有着重要的意义。但是，目前由于受其驱动器性能的影响，在应用推广上还受到一定的限制。针对这一问题，文章提出采用超磁致伸缩材料，研制的驱动器具有位移量大、分辨率高、结构简单等特点，将其应用于Ｘ射线衍射仪中，将对其发展起着极大的推动作用。

超磁致伸缩微致动器结构优化与静态特性试验

采用超磁致伸缩材料作为微致动器的主要材料,详细阐述了超磁致伸缩微致动器的结构及性能。通过建立超磁致伸缩微致动器的2D轴对称模型,利用有限元方法对微致动器的电磁结构进行优化。试验结果表明超磁致伸缩致动器在合适的偏置磁场及预压力作用下,能达到较佳的输出电流位移及电流输出力响应特性。

超磁致伸缩微致动器车削系统建模与控制

综合考虑温度、预应力及碟簧非线性的影响,建立超磁致伸缩微致动器(giant magnetostrictive micro-actuator,简称GMA)车削加工系统非线性动力学微分方程。根据精确反馈线性化的滑模变结构控制方法设计控制器,采用双曲正切函数代替符号函数,并引进边界层,减少了系统的抖振,增加控制器的连续性。最后通过试验,验证了该控制方法的有效性,当系统存在外界干扰或是参数摄动时,该文设计的控制方法都能取得较好的控制效果,稳态误差达到纳米级。

超磁致伸缩微致动器车削系统的动力学分析

考虑温度及预应力的影响,建立了应用于车削加工系统的超磁致伸缩微致动器动力学模型,并讨论了温度及预应力对其振动响应的影响.预应力对磁滞及理想磁化模型的超磁致伸缩微致动器模型输出位移的影响变化趋势相同,都出现"翻转"现象,在激励磁场小幅值范围内,系统的输出位移随着预应力的增加而减小,随着激励幅值的增加而增加;当激励磁场幅值较小时,温度对输出位移的影响较小,但是当激励磁场幅值较大时,输出位移随着温度的升高而明显减小.该结果对如何处理预应力、温度、超磁致伸缩材料的滞回的影响提供了理论依据.

考虑温变时超磁致伸缩微致动器的动力学分析

建立了考虑温度变化时的超磁致伸缩微致动器的动态振动微分方程,得到了微致动器振动响应的非共振解析解.在已知磁化强度情况下,讨论了温度和预应力对振动响应的影响,并得到了位移响应随温度变化的系数;解出由于超磁致伸缩材料非线性而产生的亚谐共振解,讨论了温度对共振因子的影响.仿真结果表明,超磁致伸缩材料的磁-力-热耦合非线性对微致动器的振动响应有明显影响,在分析与设计微致动器时需要考虑温度的影响.

基于电致伸缩微位移器的精密微动平台的实验研究及应用

针对电致伸缩微位移器动态响应速度慢的问题进行了研究,提出用数字PID方法加以解决,并研制出一套实用控制系统.其中,研制出一种微机控制的精密高压调节器,与单片机数字系统相配合,形成一个数字 模拟电路结合的控制系统,用以实现电致伸缩微位移器动态性能的改善.实验表明,该控制系统简单、可靠、实用,所提出的PID方法对电致伸缩微位移器微动平台的动态特性的改善效果明显,并已将其用在磨床进给机构中.

电致伸缩微位移器在机床刀具微进给系统的应用

随着电子技术、宇航、生物工程等学科的发展,对精密机械的精度要求越来越高,要求精密机械和检测设备具有亚微米甚至纳米精度。使微位移技术得到迅速发展,主要介绍了电致伸缩微位移器的原理和应用。

基于实验的超磁致伸缩微致动器动力学特性分析

基于超磁致伸缩微致动器实验所得的激励电流-磁致伸缩材料轴向位置-磁场强度三者之间的关系式,修正了厚壁线圈轴向电流-磁场理论公式.利用修正公式对超磁致伸缩微致动器动力学模型进行理论分析,得到了微致动器的振动响应;分析了修正系数、偏置磁场及预压应力对微致动器的影响.结果表明:修正系数对微致动器动力学特性影响十分明显,当修正系数K′=1.24时,基于实验拟合函数与基于厚壁线圈电流-磁场理论公式所得到的微致动器的输出位移与输入激励电流之间的滞回环完全吻合;微致动器振动响应具有明显的非线性特性,而且修正系数对其影响很大.偏置磁场与预压应力对微致动器的幅频特性影响也十分明显.

超磁致伸缩驱动微泵的磁场优化分析与实验验证

为使超磁致伸缩驱动微泵中超磁致伸缩材料(GMM)棒获得最佳的磁致伸缩性能,在ANSYS Maxwell软件中建立双线圈式驱动磁场、外线圈内永磁体式驱动磁场、内线圈外永磁体式驱动磁场模型,进行仿真分析,得到三种情况下微泵轴线上平均磁场强度和磁场均匀度,并通过试验验证优选结构的磁场强度和均匀度。结果表明:外线圈长度L_(q1)=104 mm,厚度d_(q1)=12.5 mm;内线圈长度L_(q2)=104 mm,厚度d_(q2)=12.5 mm的双线圈式驱动磁场相对于外线圈内永磁体式和内线圈外永磁体式平均磁场强度提高了117%和8.6%,磁场均匀度下降4%。试验结果与仿真结果基本吻合,验证了仿真模型的正确性。

微悬臂梁长度对梁末端与底座粗糙面间接触的影响

将磁致伸缩效应等效为材料的热膨胀效应,考虑微梁末端与底座粗糙面微凸体间的相互作用、材料弹塑性变形及微梁弹性恢复力等影响,利用ABAQUS动态模拟了磁致伸缩薄膜悬臂梁末端与底座粗糙面间的接触,分析了不同长度悬臂梁对接触特性的影响。结果表明,重复加卸载过程中,接触面积、法向接触力随着微梁长度的增加呈近似线性增长,而最大等效塑性应变值随微梁长度的增加呈非线性关系,说明微梁长度对梁与底座粗糙面间接触特性的影响十分重要,进而影响到系统工作的可靠性。

闭环控制的微动工作台设计

介绍了一种以弹性导轨为支承的平面三自由度微动工作台的原理、结构、设计计算方法及闭环控制的基本原理。采用电致伸缩微位移器驱动弹性导轨 ,电涡流传感器测量工作台的微位移 ,能可靠地保证微动工作台的运动精度 ,并使其结构简单、紧凑。

大行程高精度两级定位工作台的控制方法研究

研究了具有宏微两级驱动双定位工作台的控制技术，该工作台采用直线电机进行大位移驱动，来保证较大的工作行程和较快的响应速度，而采用电致伸缩微位移器完成精密位置驱动，利用单频激光干涉仪实现闭环位置反馈。将该系统应用于实际中，可以实现５００ｍｍ的工作行程内小于０．０２μｍ的重复定位精度。

考虑介电常数影响的GMA内部磁场特性分析

以Maxwell's方程为基础,结合超磁致伸缩材料压磁方程,建立了考虑介电常数、预压应力等参数的超磁致伸缩材料内部磁场径向分布模型,并对其进行了理论分析和数值仿真.讨论了介电常数、预压应力、激励频率等参数对材料内部磁场分布及滞回特性的影响.结果表明,超磁致伸缩材料径向内部磁场分布具有明显的集肤效应和滞回特性;受电导率与介电常数共同影响,材料的磁场分布出现了双峰现象;沿磁致伸缩材料半径增大方向,外激励磁场与材料内部磁场的滞回特性逐渐减弱,磁场损耗随之降低;随着预压应力的增大,材料内部的集肤效应逐渐减小.

GMA再生型颤振系统的稳定性及其控制

综合考虑再生型颤振对工件及超磁致伸缩微致动器的影响,建立了超磁致伸缩微致动器车削颤振系统非线性动力学模型。根据Lyapunov第一次近似稳定性定理及霍尔维茨判据对其进行了稳定性分析及控制研究,讨论了系统参数对GMA颤振系统稳定性的影响。同时采用简单自适应控制方法对颤振系统进行了控制研究。结果表明:车削的极限宽度、工件的质量及其等效刚度对系统的稳定性有明显的影响;简单自适应控制方法可有效抑制再生型颤振对系统稳定性的影响。