基于磁-机耦合效应的大行程多稳态机构非线性跳跃分析

跳跃非线性是制约多稳态特性(包括稳态个数、位置、阈值和行程)设计的难点。针对多稳态机构存在的关键稳态特征不可控问题,提出一种基于磁-机耦合效应的新型大行程多稳态机构及其设计方法,即引入空间变化磁场来调整系统局部能量极值点的分布状态,实现多稳态特性的精确设计。基于磁荷理论和伪刚体模型法,考虑结构几何大变形对空间磁场分布的影响,建立考虑位移补偿的多稳态非线性跳跃特性分析模型,分析磁结构参数、磁体数量与布置方式对多稳态特性的影响。基于能量变分原理提出多稳态特性设计的能量判据,揭示稳态与伪稳态之间的关系,得到稳态特征存在的条件。研制一种新型大行程7稳态机构样件,理论与试验结果基本一致,验证所提出的多稳态机构设计方法的可行性和有效性。

移相整流变压器电-磁-机耦合问题的计算与分析

针对一台移相整流变压器运行时发生的短路故障,利用三维有限元场-路耦合方法建立了计算模型与绕组等效电路,并对短路情况下的电-磁-机耦合问题进行了计算分析。

超磁致伸缩执行器电-磁-机耦合场分步有限元模型分析

提出了超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,GMM)执行器的电-磁-机三场耦合分步有限元模型。此模型采用分步方法来建立,首先计算线圈的磁场,然后计算GMM中磁-机耦合场。通过COMSOL Multiphysics 3.4软件中的三个模块来实现所建模型。最后运用此有限元模型对GMM智能构件进行性能分析,得到的仿真结果与实验结果吻合,说明提出的有限元模型有利于GMM应用设计。

机载电子“机-电-磁-气动”多场耦合系统研究方法

本文研究分析了机载电子系统在构型设计中面临的"机-电-磁-气动"多场耦合系统,探讨了多学科协同设计的研究方法。通过对"机械-电-磁-气动"复杂多场耦合系统进行了耦合关系分析,提出了采用综合分析法进行分析求解,并给出了解决方案和优化求解流程。本文提出的机载电子"机-电-磁-气动"多场耦合系统建模、仿真及优化方法,可为后续建模、仿真、优化等研究工作提供参考。

超磁致伸缩电-机转换器的数学模型及其应用

超磁致伸缩电-机转换器具有许多优点,并在机电领域显示出良好的应用前景。众多学者建立了大量的磁致伸缩模型,但这些模型种类繁杂,每种模型仅适合特定场合,急需对这些模型进行梳理。文中对超磁致伸缩电-机转换器的典型模型进行分析,比较了这些模型的预测效果与实测结果,最后给出这些模型在超磁致伸缩电-机转换器中的适用场合,为超磁致伸缩电-机转换器的优化设计、整体性能预估、控制及使用提供参考。

电磁振动式微扑翼机构设计和动力学研究

设计了一种电磁振动式微扑翼机构,并建立了其非线性动力学模型.研究了不同电磁力激励下系统动态响应,获得了系统固有频率,并得出了方波和正弦半波电磁力驱动能够产生较大扑动幅度的结论.最后,研究了电磁振动式微扑翼机构机—磁耦合非线性系统动力学特性.研究结果表明,电磁振动式微扑翼机构适合采用正弦半波电压激励,而且通过改进结构,能够提高扑动的对称性和稳定性.

轴向磁场分布对磁致伸缩驱动器磁滞特性的影响

稀土超磁致伸缩材料(GMM)具有磁滞非线性,严重影响超磁致伸缩致动器(GMA)的控制精度。为探讨轴向磁场分布对GMA磁滞特性的影响,确定了通过改变驱动线圈形状的方法来获得GMA不同的轴向磁场分布。基于材料自由能磁滞模型,建立了GMA磁滞非线性耦合模型,并给出了GMA磁滞回线计算方法。分析了四种典型形状的驱动线圈所对应的GMA的磁滞特性,结果表明轴向磁场分布对GMA磁滞特性具有重要影响,其中阶梯型和凹型线圈对应的GMA的最大磁滞较小。

圆柱磁致伸缩棒在交变磁场中的力学行为研究

以设计的超磁致伸缩换能器的实物模型为基础,建立了换能器的轴对称的有限元模型,对主要在磁—机耦合场作用下,其中的超磁致伸缩棒在交变磁场中的力学行为进行有限元分析,从而为超磁致伸缩换能器的深入研究提供了依据。

磁致伸缩/压电叠层复合材料磁-机-电耦合系数分析

分析和推导了磁致伸缩/压电叠层复合材料的机-电耦合系数、磁-机耦合系数及磁-电耦合系数与磁致伸缩层和压电层性能参数及几何参数之间的关系.进一步分析表明,叠层复合材料低频时的磁电电压系数正比于磁-电耦合系数,谐振时的磁电电压系数正比于磁-电耦合系数与机械品质因素的乘积;磁电电压系数还与复合结构的本征阻抗有关,本征阻抗越大磁电电压系数越大.通过性能差异较大的Terfenol-D和FeNi基弹性合金分别与压电材料PZT5-H和PZT8相互组合构成复合材料的比较分析,进一步阐明了磁电复合材料磁-电耦合系数和机械品质因素在磁电转换中的作用及其物理意义.制备了Terfenol-D/PZT5-H和FeNi基弹性合金/PZT8叠层复合材料样品进行实验,理论分析能够较好的解释实验结果.

微位移驱动器的控制模型及仿真技术研究

介绍了超磁致伸缩驱动器(GMA)的结构、工作原理、特性方程以及超磁致伸缩效应模型,从有助于理解压磁效应的角度,建立了GMA的静态位移—力模型和磁—机耦合模型,并对后者进行了仿真研究,仿真结果显示:机械部分响应时间比较缓慢,减小阻尼会带来一些不利影响,如超调量增大,波动增大,要改善系统的动态性能,需要在控制系统部分增加合理的调节器。

考虑结构柔性的多激励机构关联性能强化设计方法（英文）

目的:揭示多场耦合环境下的多自由度系统中柔性结构对机构性能的影响规律,以低压断路器多激励操动机构为例,研究机-电-热-磁耦合的多模态分断性能强化设计方法,提高短路、过载、欠压、缺相和漏电时的瞬时、短延时和长延时分断性能。创新点:1.将多自由度刚柔耦合系统的物理坐标转换为模态坐标,实现模型降阶和关联性能解耦;2.运用类比法获得零部件对关联性能的影响度,通过实验设计将难测属性转化为关联易测量,实现机构的关联性能强化。方法:1.将多自由度的含柔体动力学系统转化为自由度乘模态阶的方阵,通过Craig-Bampton逐层降阶模态矩阵,并由迭代步反馈激活柔体的高阶模态;2.通过类比求解霍尔姆力、洛伦兹力、电动斥力、电磁力和悬臂双金属片激励力,获得多激励系统机构关节的性能关联程度;3.通过低压断路器电气实验和温升实验,验证零件结构柔性对机构的性能影响规律,实现多激励机构多模态分断性能强化设计。结论:1.提出的考虑结构柔性的多激励机构关联性能强化设计方法有助于提高多自由度动力学系统的瞬态性能;2.结构柔性降低分断性能,使高频分断中的峰值段性能退化;3.基于实验设计的电气实验和温升实验,验证了多激励机构关联性能强化方法的有效性。