超磁致伸缩泵驱动磁路建模及数值分析.pdf

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1、中国机械工程第25卷第6期2014年3月下半月超磁致伸缩泵驱动磁路建模及数值分析陈龙朱玉川杨旭磊徐鸿翔南京航空航天大学，南京，210016摘要：提出了一种面向固液混合作动器的新型超磁致伸缩泵结构。对超磁致伸缩泵驱动磁路进行了数学建模，采用有限元法对其磁场分布进行了数值模拟，并与理论计算结果进行对比，发现超磁致伸缩棒上磁感应强度的理论计算值与仿真结果基本吻合。采用磁场有限元法分析了超磁致伸缩棒的轴向磁场与径向磁场均匀性，发现径向磁场均匀性明显高于轴向；针对不同长度的棒进行了轴向磁场均匀性分析，揭示了其影响与作用规律；在此基础上对驱动磁场进行

2、了动态数值模拟，发现在输入电压恒定时超磁致伸缩棒内的磁感应强度随着输入信号频率的提高而衰减，实验与仿真结果的对比验证了仿真的正确性。关键词：超磁致伸缩泵；有限元法；磁感应强度；均匀性；衰减中图分类号：TH137DOI：10．3969／J．issn．1004—132X．2014．06．002DrivingMagneticPathModelingandNumericalAnalysesinGiantMagnetostrictivePumpChenLongZhuYuchuanYangXuleiXuHongxiangNanjingUniversi

3、tyofAeronauticsandAstronautics，Nanjing，210016Abstract：AnovelstructureoftheGMPforthehybridsolidfluidactuatorwasdesignedherein．Themagneticcircuitwasmodeledandthenthenumericalsimulationofdrivingmagneticfielddistri—butionoftheGMPwasperformedbyFEM．Theresultsoffluxdensityintheg

4、iantmagnetostrictivebyemulatingaresimilartOtheresultsoftheoreticalcalculationwhentheywerecomparedwitheachother．ThemagneticfielduniformityofgiantmagnetostrictiverodwasanalysedbytheFEM，andtheresultsshowthatuniformityofradialmagneticfieldarehigherthanthatofaxialmagneticfield

5、．Theinfluencesofthesizeofgiantmagnetostrictiverodontheuniformityofaxialmagneticfieldwasalsoanalysed．Theroll—offinthedrivingfluxdensityisobservedbydynamicnumericalsimulation，andthevalidityofsimulationresultswasvalidatedbycomparingthesimulationresultswiththeexperimentalOnes

6、．Keywords：giantmagnetostrictivepump(GMP)；finteelementmethod(FEM)；fluxdensity；uni—fortuity；roll-off0引言样的频宽和更高的应变，而且在一个特有的频率基于智能材料的固液混合作动器为实现如无范围内磁滞损耗很小，产生的热量也相对较人战斗机以及旋翼直升机等需要结构紧凑而高频小]。宽的作动系统提供了有效的途径_1]。目前，国外超磁致伸缩泵(giantmagnetostrictive已经将压电一液压作动器应用到智能旋翼机中。pump，GMP)是作动器的核心

7、部分，泵的性能直但有研究发现在高频工作时，压电叠堆由于磁滞接影响作动器的工作性能。而泵驱动磁场的分布损耗而产生的大量热量会影响其工作并可能永久及其均匀性将直接影响GMM棒的输出力与位破坏压电材料。相反，超磁致伸缩材料(giant移，进而影响泵的工作性能。本文采用磁场有限magnetostrictivematerial，GMM)在高温下就显元分析的方法，对GMP的驱动磁场进行了数值示出其优越性，相比压电材料，它不仅可以提供同模拟与分析，为超磁致伸缩泵的优化与作动器的设计提供了依据。收稿日期：2012—11—05基金项目：国家自然科学基金资助

8、项目(51175243)；江苏省自然作动器与泵的结构及其工作原理科学基金资助项目(BK20131359)；航空科学基金资助项目(20130652011)；南京航空航天大学基本科研业务费资助项目