精密磁致伸缩致动器的动态非线性多场耦合建模

摘要：

为提高超磁致伸缩致动器(GMA)的精度,描述其在动态和准静态环境下的复杂磁滞行为,设计了具有精密位移输出的GMA,建立了包含磁滞及涡流损失的动态非线性多场耦合模型.首先,采用模块化方法设计了GMA;然后,利用热力学理论和能量守恒定律,建立了超磁致伸缩材料非线性多场耦合本构模型;最后,通过分析材料非线性本构行为与系统结构动态行为间的耦合过程,提出了GMA的动态非线性多场耦合模型.实验分析了能量损失及预紧力对系统特性的影响规律.结果表明:预紧力可改善系统输出特性且存在最佳预紧状态;建立的模型能够较准确预测位移,平均相对误差约为4.5％.另外,随着频率增加,异常和涡流能量损失以及磁滞量会增大,磁滞行为源于磁畴不可逆运动过程中的能量损失.实验还显示:对于精密GMA系统,不能忽略高频涡流效应.建立的模型较准确地描述了动态及准静态环境下GMA的复杂磁滞行为,由于考虑了材料本构行为耦合和系统动态行为耦合,进一步提高了GMA系统的精度.

关键词：磁致伸缩致动器、非线性多场耦合模型、磁滞行为、涡流损失

所属期刊栏目：24

分类号：TP271.2;TM274(自动化技术及设备)

资助基金：国家自然科学基金资助项目51305277;教育部博士学科点专项科研基金资助项目20132102120007;辽宁省博士启动基金资助项目20131080;中国博士后科学基金特别资助项目2014T70261;沈阳市科技计划资助项目F15-199-1-14

在线出版日期：2016-06-28（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：1128-1137