本文關(guān)鍵詞：超磁致伸縮電靜液作動器溫度場分布與熱位移特性研究

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【摘要】：相對傳統(tǒng)機(jī)載液壓系統(tǒng)中液壓管路及附件遍布全機(jī),超磁致伸縮電靜液作動器(Giant Magnetostrictive Electro-Hydrostatic Actuator,簡稱GMEHA)具有結(jié)構(gòu)緊湊,可靠性高以及易于維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。但在高頻長時工況下其核心部件超磁致伸縮執(zhí)行器(Giant Magnetostrictive Actuator,簡稱GMA)因內(nèi)部空間狹小散熱性能差,產(chǎn)生的熱量嚴(yán)重影響其有效位移輸出精度。因此,本文面向GMEHA的工作特點(diǎn)與應(yīng)用需求開展了GMA溫度場分布以及熱位移抑制的研究。首先,針對GMEHA中GMA結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與驅(qū)動要求建立了高頻長時工況下GMA熱功率損耗模型,即線圈電阻損耗模型、磁滯伸縮棒渦流損耗模型與磁滯損耗模型,通過求解上述損耗模型分析了GMA熱功率損耗與驅(qū)動頻率之間的映射關(guān)系,并搭建GMA熱功率損耗實(shí)驗(yàn)測試平臺,實(shí)驗(yàn)測得GMA熱功率損耗與理論計算模型吻合良好。其次,基于長時間驅(qū)動下GMA發(fā)熱嚴(yán)重問題提出了兩種不同的冷卻方式,即管式冷卻和腔式冷卻。利用FLUENT軟件對管式冷卻GMA進(jìn)行熱流耦合仿真,分析了不同線圈骨架、不同冷卻水流速以及冷卻管單一冷卻與復(fù)合冷卻作用時GMA穩(wěn)態(tài)傳熱結(jié)果,結(jié)果表明采用尼龍骨架的GMA在雙管復(fù)合冷卻措施下具有較好的冷卻效果;根據(jù)傳熱學(xué)理論構(gòu)建了腔式冷卻GMA穩(wěn)態(tài)等效熱阻模型,自然對流和強(qiáng)制對流條件下GMA熱位移計算模型,通過求解上述數(shù)學(xué)模型分別得到不同工況下磁致伸縮棒溫度分布以及GMA熱位移與熱流量分布規(guī)律。最后,在上述研究基礎(chǔ)之上研制了試驗(yàn)樣機(jī),分別搭建腔式冷卻GMA與管式冷卻GMA溫控實(shí)驗(yàn)平臺并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試,實(shí)驗(yàn)測得結(jié)果與仿真計算結(jié)果相一致。其中,1A電流持續(xù)通電80min后,管式冷卻GMA在主動溫控作用下可將磁致伸縮棒溫升控制在2℃以內(nèi),GMA熱位移控制在6μm以內(nèi);腔式冷卻GMA在主動溫控作用下可將磁致伸縮棒溫升控制在2℃以內(nèi),GMA熱位移控制在8μm以內(nèi),而加入被動補(bǔ)償機(jī)構(gòu)后可將GMA熱位移控制在1μm以內(nèi)。
【關(guān)鍵詞】：超磁致伸縮執(zhí)行器 熱功率損耗 有限元 傳熱 溫度控制
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V245.1
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-11
• 注釋表11-12
• 縮略詞12-13
• 第一章 緒論13-25
• 1.1 論文研究背景及意義13-14
• 1.2 超磁致伸縮材料特性及其電靜液作動器研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 超磁致伸縮材料特性14-15
• 1.2.2 超磁致伸縮電靜液作動器研究現(xiàn)狀15-17
• 1.3 超磁致伸縮執(zhí)行器熱特性研究現(xiàn)狀17-23
• 1.3.1 熱損耗研究現(xiàn)狀17-20
• 1.3.2 熱抑制研究現(xiàn)狀20-23
• 1.4 論文研究內(nèi)容與結(jié)構(gòu)安排23-25
• 1.4.1 論文主要研究內(nèi)容23
• 1.4.2 論文組織結(jié)構(gòu)安排23-25
• 第二章 超磁致伸縮電靜液作動器熱功率損耗模型與分析25-39
• 2.1 超磁致伸縮電靜液作動器結(jié)構(gòu)及其工作原理25-26
• 2.2 熱功率損耗對作動器輸出性能的影響26-27
• 2.3 熱功率損耗理論模型與實(shí)驗(yàn)研究27-33
• 2.3.1 線圈電阻損耗27-28
• 2.3.2 渦流損耗28-29
• 2.3.3 磁滯損耗29-32
• 2.3.4 熱功率損耗實(shí)驗(yàn)研究32-33
• 2.4 降低執(zhí)行器熱功率損耗的方法33-38
• 2.4.1 偏置磁場產(chǎn)生方式33-34
• 2.4.2 優(yōu)化線圈尺寸結(jié)構(gòu)34-35
• 2.4.3 超磁致伸縮材料渦流抑制方法35-38
• 2.5 本章小結(jié)38-39
• 第三章 基于管式冷卻執(zhí)行器的熱場有限元仿真與分析39-53
• 3.1 傳熱學(xué)理論基礎(chǔ)39-41
• 3.1.1 傳熱學(xué)理論基礎(chǔ)39
• 3.1.2 熱能傳遞基本方式39-40
• 3.1.3 定解條件40-41
• 3.2 仿真模型的建立41-43
• 3.2.1 建立幾何模型并劃分網(wǎng)格41
• 3.2.2 設(shè)置材料屬性41-42
• 3.2.3 設(shè)置初始條件與邊界條件42-43
• 3.3 穩(wěn)態(tài)傳熱仿真結(jié)果分析43-52
• 3.3.1 不同驅(qū)動電流與頻率時仿真結(jié)果分析43-44
• 3.3.2 不同線圈骨架材料時仿真結(jié)果分析44-47
• 3.3.3 冷卻管單一冷卻與復(fù)合冷卻時仿真結(jié)果分析47-49
• 3.3.4 不同冷卻水流速時仿真結(jié)果分析49-52
• 3.4 本章小結(jié)52-53
• 第四章 基于腔式冷卻執(zhí)行器的傳熱數(shù)學(xué)模型與數(shù)值分析53-67
• 4.1 腔式冷卻執(zhí)行器結(jié)構(gòu)及工作原理53-54
• 4.2 穩(wěn)態(tài)等效熱阻模型54-56
• 4.3 穩(wěn)態(tài)溫度場及熱位移計算模型56-61
• 4.3.1 線圈骨架傳熱模型56-57
• 4.3.2 自然對流條件時熱位移計算模型57-60
• 4.3.3 強(qiáng)制對流條件時熱位移計算模型60-61
• 4.4 理論模型計算61-66
• 4.5 本章小結(jié)66-67
• 第五章 超磁致伸縮執(zhí)行器溫控實(shí)驗(yàn)研究67-78
• 5.1 溫控測試實(shí)驗(yàn)平臺的搭建67-70
• 5.1.1 溫控測試實(shí)驗(yàn)平臺的總體設(shè)計67-69
• 5.1.2 溫控實(shí)驗(yàn)平臺軟硬件設(shè)計69-70
• 5.2 管式冷卻執(zhí)行器溫控實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析70-74
• 5.2.1 無冷卻措施時溫控實(shí)驗(yàn)結(jié)果70-71
• 5.2.2 有冷卻措施時溫控實(shí)驗(yàn)結(jié)果71-74
• 5.3 腔式冷卻執(zhí)行器溫控實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析74-76
• 5.4 管式主動冷卻與腔式主動冷卻對比分析76-77
• 5.5 本章小結(jié)77-78
• 第六章 總結(jié)與展望78-80
• 6.1 論文總結(jié)78-79
• 6.2 工作展望79-80
• 參考文獻(xiàn)80-85
• 致謝85-86
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文86

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李躍松;朱玉川;吳洪濤;楊旭磊;紀(jì)良;;超磁致伸縮伺服閥用電-機(jī)轉(zhuǎn)換器傳熱及熱誤差分析[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報;2015年02期

2 李楊;周潔敏;;電動靜液作動器的建模與仿真[J];南昌航空大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2014年03期

3 曾帆;朱石堅;樓京俊;;超磁致伸縮作動器新型溫控系統(tǒng)設(shè)計[J];武漢理工大學(xué)學(xué)報;2013年01期

4 郭健;;電動靜液作動器(EHA)的系統(tǒng)研究[J];機(jī)電設(shè)備;2012年S1期

5 陶孟侖;陳定方;盧全國;舒亮;趙亞鵬;;超磁致伸縮材料動態(tài)渦流損耗模型及試驗(yàn)分析[J];機(jī)械工程學(xué)報;2012年13期

6 李立毅;嚴(yán)柏平;張成明;;驅(qū)動頻率對超磁致伸縮致動器的損耗和溫升特性的影響[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2011年18期

7 曾海泉;曾庚鑫;曾建斌;閆明;;超磁致伸縮功率超聲換能器熱分析[J];中國電機(jī)工程學(xué)報;2011年06期

8 孫華剛;袁惠群;;超磁致伸縮材料內(nèi)部磁場與渦流損耗理論分析[J];東北大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2008年03期

9 劉楚輝;;超磁致伸縮驅(qū)動器的熱致輸出及其抑制方法[J];機(jī)械制造;2006年08期

10 鄔義杰,徐杰;超磁致伸縮執(zhí)行器熱誤差補(bǔ)償及抑制方法研究[J];工程設(shè)計學(xué)報;2005年04期

中國博士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前2條

1 李躍松;超磁致伸縮射流伺服閥的理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];南京航空航天大學(xué);2014年

2 唐志峰;超磁致伸縮執(zhí)行器的基礎(chǔ)理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];浙江大學(xué);2005年

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 鄭建飛;超磁致伸縮智能構(gòu)件熱特性分析及溫度控制裝置研究[D];浙江大學(xué);2014年

2 程清風(fēng);射流伺服閥用超磁致伸縮執(zhí)行器的應(yīng)用研究[D];南京航空航天大學(xué);2012年

3 徐君;超磁致伸縮執(zhí)行器熱誤差補(bǔ)償方法研究及測控平臺建立[D];浙江大學(xué);2007年

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本文編號：974974