超磁致伸缩换能器系统特性的建模与实验研究

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1、摘要超磁致伸缩材料是一种新型的稀土功能材料，具有磁致伸缩应变大、响应速度快、能量密度高、输出力大等显著特点，它以其优异的性能和良好的应用前景而得到了世界各国研究者们的普遍关注，其相应的理论和应用研究正广泛进行，各种应用器件的开发正成为人们研究的热点。本论文从课题组现行研制的超磁致伸缩换能器出发，进行了换能器输入输出特性的理论研究与实验研究，力求得到超磁致伸缩换能器更为普遍意义上的数学模型，从而为超磁致伸缩器件的设计提供理论依据与方法，指导超磁致伸缩器件的设计与优化。论文首先对超磁致伸缩材料的特点、特性、器件开发现状、理论研究现状作了详细论述，然后在下

2、面几个方面作了进一步研究：1．采用有限元软件模拟了△E效应对超磁致伸缩棒纵振基频的影响，并定量分析了各种因素对磁场均匀度的影响大小。2．利用压应力下材料的磁致伸缩与磁化强度的关系，模拟了课题组研制的换能器中超磁致伸缩材料的磁致伸缩性能。3．根据磁致伸缩产生的机理，结合材料力学及有限元中轴对称结构离散化的相关公式，推导出超磁致伸缩换能器的静态输入输出模型。并利用现有的有限元分析软件ANSYS模拟了换能器输入电流与输出位移的关系曲线。4．对超磁致伸缩换能器基于物理规律建立起动态特性的数学模型和仿真模型，通过仿真得到系统的响应曲线及各主要参数对换能器动态特

3、性的影响规律。5．对课题组研制的超磁致伸缩换能器进行了实验研究，捡验了静态特性模型与动态特性模型建立的正确与否，同时通过实验找到了现有设计中存在的问题。关键词：超磁致伸缩换能器；系统特性；数学模型；有限元分析；仿真模型；磁机耦合。ABSTRACTThegiantmagnetostricfivematerialisan6wfunctionalmaterial，whichhasllighmagnetostriction、rapidresponsevelocity、greatenergydensity，aswellasbigoutputforce．Beca

4、useofthechoicenesspropertiesoftheGMM，manyresearchersoftheworldcountriesnowhavetakenpartinstudyingit．Inthemeantime，itscorrespondingtheoryandapplicationsstudiesarebeingprocessed．Inthisthesis，theinput—outputcharacteristicsofgreatmagnetostrictivetransducerarediscussed．Thepurposeofr

5、easeachistogetuniversalmathematicalmodelofgreatmagnetostrictivetransducer，whichcanprovidefltheoreticbasisforthedesignofmagnetostrictiveinstrument．Firstlythethesishasadiscussinaboutcharacteristicandperformanceofthe百antmagnetostrictivematerial、theactualityofinstrumentexploitation

6、andthestateofacademicstudiesindetail．Moreover，ithasfartherdiscussionsinthefollowingaspects：1．SimulatetheinfluencethatAEoffectactonmagnetostrictiverodbythelimitedcellsoftwareandAnalysetheinfluencingfactoraboutthemagneticfieldequality．2．Simulatethemagnetostrictivecapacityoftheexp

7、loyingmagnetostrictiverodbymakinguseoftherelationbetweenmagnetostrictionandmagnetizationintensity．3．AccordingtothemagnetostrictivemachanismandtherelatedformulasthatareinTHEhL^：rERIALMACHANICSandTHELIMnEDCELL，dedUcethestaticstateinput—outputmodelofgiantmagnetostrictivetransducer

8、andsimulatetherelativecurvebetweenstaticinputsignaland