不同结构Terfenol-D棒的高频振动性能研究

为了高效应用Terfenol-D棒,研究了六种结构的棒。利用有限元软件对不同棒的磁芯损耗进行了仿真计算,并对其进行动力学仿真研究。加工了其中三种结构的棒,对棒的输出振幅进行了试验测试。结果表明:外径表面处,未处理棒的磁芯损耗最大;切片处理和切缝处理棒的磁芯损耗均减小,切片处理棒的磁芯损耗小于切缝处理。外径切缝棒整体的损耗最大;径向切割并粘接棒和切片处理棒整体的损耗小于未处理棒和外径切缝棒;两端切片棒整体的损耗大于切片并开槽棒和切片处理棒。未处理棒的谐振频率最高,机械品质因数最大,振幅最小;与未处理棒相比,切片处理棒或切缝处理棒的谐振频率和机械品质因数减小,振幅增大;切片处理棒的谐振频率和机械品质因数小于切缝处理棒,振幅远大于切缝处理棒。

外形结构对Terfenol⁃D棒发热的影响

为了减小Terfenol⁃D棒工作时的发热,实现超磁致伸缩换能器、致动器的持续稳定工作。利用COMSOL Multiphysics有限元软件对三种结构的稀土棒进行温度场仿真计算。加工的三种稀土棒在工作了同一段时间后,对其温升进行实验测试。结果表明,未切割棒的温度最高,该棒的温度中部高两端低,外径表面的温度高内部的温度低;与未切割棒相比,切片和切缝棒的温度均降低,切片棒的温度小于切缝棒;切缝棒的温度中部高两端低;切片棒的温度分布的比较均匀。几种结构稀土棒温度的有限元计算值和实验测试值的变化趋势基本吻合。

基于神经网络的超磁致伸缩执行器模型参考控制

对超磁致伸缩执行器提出了神经网络模型参考自适应控制;超磁致伸缩材料具有磁滞非线性,随输入信号频率的增加,滞环也会增大,用一般的控制器难以实现精确控制;针对于此,为避免建立被控对象的精确模型实现精确控制,结合超磁致伸缩执行器的动态线性模型设计了基于BP和RBF神经网络的模型参考自适应控制器;RBF网络作为辨识器,BP网络为控制器,先进行离线学习;BP再在线辨识,同时把梯度信息传给RBF,使被控对象跟随参考模型;仿真结果表明,控制器的跟随效果良好,达到了较高的控制精度。

超磁致伸缩执行器在机电工程中的应用研究现状

在查阅大量文献的基础上 ,系统地介绍了超磁致伸缩材料执行器在机电工程领域中的最新应用开发状况 。

粘结超磁致伸缩Tb-Dy-Fe合金磁致伸缩性能的研究

采用粘结方法制备了Tb1-xDyxFe2棒状合金样品,经筛选确定了粘结材料的制备工艺,测试了粘结棒状合金样品的静态、动态磁致伸缩系数和磁机械耦合系数k33。结果表明,所制备的粘结棒状样品具有较高的磁致伸缩性能,且动态磁致伸缩参数d33和磁机械耦合系数k33高于国外所报道的结果。

结构振动控制智能材料研究及应用进展

压电材料、形状记忆材料、电(磁)流变体以及磁致伸缩材料是土木工程结构振动控制中经常采用的4种智能材料。本文概括介绍了4种智能材料的基本原理,系统总结了4种智能材料在土木工程结构振动控制中的研究与应用进展,最后指出了需进一步研究的方向。

Terfenol-D超磁致伸缩换能器的有限元模拟

本文研究了利用ANSYS软件分析磁致伸缩换能器，使这一有限元分析软件能够用于TerfenolD换能器的分析设计。设计了14kHzTerfenol－D纵向技能器，计算结果与实验结果符合很好。

超磁致伸缩换能器磁路设计及优化

为优化超磁致伸缩换能器的电磁性能,研究了线圈的几何尺寸和磁路元件的选择对换能器磁场特性和输出位移的影响,并进行了磁路损耗和气隙磁导分析.给出了合理的线圈结构参数,提出了在超磁致伸缩材料(GMM)棒两端安装高磁导率的软磁体和减少GMM棒涡流损耗的设计方案,并忽略了气隙的影响.采用有限元方法仿真了不同磁路设计方案对换能器性能的影响,并进行了试验分析.结果表明,在GMM棒两端安装电工软铁能够提高工作磁场强度,减少磁通泄漏,增加换能器输出位移并降低驱动电流,改善换能器的发热情况,从而整体改善超磁致伸缩换能器的性能.

叠层复合磁致伸缩材料驱动器的输出位移特性

采用树脂粘结法制备了叠层复合Terfenol-D棒状材料,并使Terfenol-D层的叠片方向垂直于Terfenol-D的〈112〉轴向。研究了基于此材料的驱动器的输出位移特性,同时还研究了驱动器的涡流损耗.研究结果表明:当驱动磁场频率为2 500～3 000 Hz时,驱动器输出位移最大峰-峰值达到最大25.0～26.0μm,同时输出位移波形随频率也有明显变化;直流偏置磁场对输出位移的影响规律随工作频率不同而不同;基于叠层复合Terfenol-D的驱动器的涡流损耗较基于块状Terfenol-D的驱动器的涡流损耗大大降低。

800Hz Terfenol-D鱼唇式弯张换能器

本文研制了８００Ｈｚ Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ鱼唇式弯张换能器，换能器设计中采用永磁偏磁场和能有效抑制涡流损耗的闭合磁路结构，最高声源级１８５ｄＢ，－３ｄＢ带宽１８０Ｈｚ。这种鱼唇式弯张换能器克服了连续直流提供偏磁场时发热强的缺点，并且仅需要普通的功率放大器，更适于长时间连续工作，使这一新型低频大功率水声换能器趋于实用化。

稀土超磁致伸缩材料及其高效应用方法

近年来，由于稀土超磁致伸缩材料具有卓越的特性，在高新技术领域引起了广泛的重视。重点介绍了稀土超磁致伸缩材料的发展简史、特点及高效应用方法。

Fe-Ga合金磁致伸缩力传感器磁化模型建立与特性分析

磁致伸缩力传感器依靠材料磁化强度的改变来表征外部力载荷的大小,研究了基于Fe-Ga合金磁致伸缩逆效应的力传感模型,采用三维有限元方法对力传感磁路进行了优化与设计。为了研究不同磁场和负载对材料磁化强度的影响,以均质能量公式为基础,在均质能量公式中引入以应力和磁场为自变量的吉布斯自由能函数,建立了描述合金磁化强度随应力变化关系的模型。为对模型进行验证,建立了一套磁致伸缩力传感特性测试系统,分别对Fe-Ga合金和Terfenol-D力传感特性进行测试与对比,验证试验表明所建立的模型可以较好预测磁化强度的变化,并且可以预测偏置磁场的影响。在Fe-Ga合金与Terfenol-D的对比试验中发现,Fe-Ga合金对偏置磁场更为敏感,并且磁滞非线性较Terfenol-D更小,由于无退火应力,Terfenol-D在偏置较低时出现负方向的磁化强度。

Terfenol-D/PZT/Terfenol-D层状复合磁电传感器磁电效应

采用树脂粘结法制作了L-T型(磁致伸缩层的磁化方向与压电层的极化方向相互垂直)Terfenol-D/PZT/Terfenol-D层状复合磁电传感器。采用等效电路法对磁电系数进行了详细推导,得到磁电系数方程。磁电系数方程显示磁电系数决定于Terfenol-D与PZT的性能参数和磁电传感器中两种材料的体积比。为此从理论和实验上分析了偏置磁场、传感器中两种材料所占的体积比以及驱动磁场频率对磁电系数的影响规律。结果表明偏置磁场、传感器中两种材料所占的体积比和驱动磁场频率对磁电传感器磁电系数的影响都很明显,并且磁电系数的计算结果与实验结果一致,对于所制作的复合磁电传感器,相同条件下磁电系数的计算值与实验值的相对差值小于6%。

超磁致伸缩执行器动力学模型及数值模拟

为提高超磁致伸缩执行器的控制精度,实现亚微米级的驱动与控制,准确描述执行器的动力学特性是关键环节之一.为建立超磁致伸缩执行器的动力学特性的数学模型,将Terfenol-D棒作为粘弹性杆连续系统,将Terfenol-D棒在磁场驱动下产生的应变等效为磁-机械转换等效力,建立了执行器系统的一维波动方程,并采用有限元解法求解.模型的计算求解采用迭代方法,易于实现计算机控制.利用Matlab 7.0对不同频率等幅磁场驱动下Terfenol-D棒内的磁场-位移(H-u)曲线进行数值模拟仿真,仿真计算值与实验值误差在10%以内,表明建立的动力学模型能较好地反映磁致伸缩执行器的动力学特性.

稀土超磁致伸缩材料高速强力电磁阀的研究

研究了稀土超磁致伸缩材料 ( Tb0 .2 7Dy0 .73 ) Fe1.9(商品名为 Terfenol-D)用于内燃机高速强力电磁阀的机构设计方法 ;建立了基于 Terfenol-D棒的高速强力电磁阀的动态响应特性模型 ;应用 PID调节方法和变结构控制方法对电磁阀位移特性进行了控制 ,分别建立了控制模型 ,对两种模型进行了分析、比较。建立的控制模型对基于

考虑附加涡流损失的超磁致伸缩执行器动态模型

超磁致伸缩执行器在高频下工作时,能量损失不仅包括磁滞损失、Terfenol-D棒涡流损失,还包括Terfenol-D棒附加涡流损失。该文考虑到执行器的惯性、阻尼、Terfenol-D棒涡流损失及附加涡流损失,建立了超磁致伸缩执行器的动态模型。其磁滞特性由Berqvist和Engdahl磁滞模型来描述,材料非线性由输入到模型静态实验数据体现。模型求解使用有限差分方法,在Matlab/Simulink中建立相应模型仿真结构框图。对执行器不同工作频率情况进行模型的仿真计算,并与实验结果对比,发现模型与实验吻合较好。表明所建立动态模型能较好地描述执行器输出位移与驱动电流之间的关系。该模型对优化设计超磁致伸缩执行器有指导意义。

微型超磁致伸缩高速阀致动器的优化设计

通过优化设计驱动线圈和Terfenol-D的形状尺寸,改善以超磁致伸缩材料Terfenol-D为主动材料的高速开关阀的性能.选择合适的漆包线线径以降低线圈电阻;优化线圈形状函数以提高线圈的磁场生成能力;改善Terfenol-D的尺寸来降低磁通路径的磁阻,减小涡流损耗,提高致动器的磁场利用率;兼顾提高致动器的能量转换效率,提出优化设计超磁致伸缩致动器的规律.两个致动器的实验对比验证了该设计方法的可行性.

外应力对Terfenol-D棒的应变和磁感应强度的影响

超磁致伸缩材料Terfenol-D是一种新型的功能材料,以Terfenol-D为核心元件设计各种换能器时,磁场H和应力σ是必须考虑的因素。研究了一定偏置磁场下外加压应力对Terfenol-D棒的应变和磁感应强度的影响。首先测试了在一定的偏置磁场下外压应力和应变的关系,结果表明偏置磁场一定时,应变和应力之间的关系复杂,可用磁性材料技术磁化理论来解释。其次又测试了一定偏置磁场下的外加动态应力和磁感应强度的关系,测试结果表明一定的偏置磁场下,外加压应力增加,磁感应强度减小;偏置磁场为5kA/m时,磁感应强度达到最大值。该实验结果可以为基于Terfenol-D的换能器件的设计提供技术支持。

基于ΔE效应的超磁致伸缩微振动减振器的试验研究

论述了基于ΔE效应的超磁致伸缩微振动减振器的试验研究,分析了直流磁场导致Terfenol-D的杨氏模量变化及其对减振器的共振频率影响,提出了利用调节激励线圈中的电流改变Terfenol-D的应用磁场强度,导致Terfenol-D材料的弹性模量变化,从而使减振器共振频率在一定范围内改变的方法。通过简易悬臂梁机构进行的试验验证表明,利用Terfenol-D材料弹性模量的电气可调谐性能够实现减振器的共振频率调谐。

Terfenol-D材料变负载时的磁致伸缩特性分析

关于稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D的磁致伸缩特性国内外已有大量报道,但大多数都是基于载荷(预紧力)在磁致伸缩过程中保持不变条件下的磁致伸缩特性研究。本文在这些研究的基础上分析了Terfenol-D材料在变负载时的磁致伸缩特性,介绍了变负载动态特性曲线的求解方法并讨论了恒载与变载时特性曲线的特点与差异。