【摘要】：研究了帶載條件下Galfenol驅(qū)動(dòng)器的磁機(jī)耦合建模方法,利用離散型能量均分模型(Discrete energy-averaged model)對(duì)Galfenol的磁滯非線性和飽和非線性進(jìn)行建模,可以同時(shí)描述合金對(duì)于磁場(chǎng)和應(yīng)力的依賴性。采用虛功原理將能量均分模型與驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)耦合,研究了帶載條件下驅(qū)動(dòng)器的輸出特性,并對(duì)不同Galfenol覆蓋比時(shí)驅(qū)動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)能力進(jìn)行了研究,將計(jì)算結(jié)果與稀土超磁致伸縮材料(Terfenol-D)和壓電陶瓷進(jìn)行了對(duì)比。研究結(jié)果表明,驅(qū)動(dòng)器的帶載能力隨著Galfenol懸臂梁材料覆蓋比的增加而增加,材料內(nèi)部承受的張力也隨之增大;Galfenol合金良好的機(jī)械性能可以克服負(fù)載增加時(shí)所承受的張力的變化,解決其他智能材料易產(chǎn)生的失效問(wèn)題。
【圖文】：

驅(qū)動(dòng)的層壓板驅(qū)動(dòng)模型，可以描述靜態(tài)和準(zhǔn)靜態(tài)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)時(shí)層壓板內(nèi)部應(yīng)力和應(yīng)變的變化，但這些建模方法都無(wú)法描述動(dòng)態(tài)條件下Galfenol驅(qū)動(dòng)器的響應(yīng)，并且都局限于負(fù)載為空載時(shí)的響應(yīng)。本文研究帶載條件下Galfenol懸臂梁的動(dòng)力學(xué)耦合建模方法，利用離散型能量均分模型(Discreteenergy-averagedmodel)對(duì)Galfenol的磁滯非線性和飽和非線性進(jìn)行建模，采用虛功原理將能量均分模型與驅(qū)動(dòng)器的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行動(dòng)力學(xué)耦合，研究其帶載時(shí)的輸出特性。1懸臂梁結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)器1.1工作原理帶載條件下具有懸臂梁結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)器工作原理如圖1所示，非導(dǎo)磁襯底與Galfenol薄片進(jìn)行層壓，，Galfenol合金在驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)激勵(lì)下產(chǎn)生磁致伸縮應(yīng)變，從而帶動(dòng)負(fù)載f(t，x)對(duì)外輸出位移，其末端位移可以表示為D=－12κL2(1)式中D———末端輸出位移κ———懸臂梁曲率L———懸臂梁長(zhǎng)度從式(1)可以看出，長(zhǎng)度越大，則懸臂梁的輸出位移越大。然而增加懸臂梁的長(zhǎng)度，其剛度系數(shù)變小，帶載能力將被減弱。長(zhǎng)度L一定時(shí)，增加曲率κ可以獲得更大的位移，然而材料內(nèi)部所承受的張力也將增加，普通脆性較大的智能材料無(wú)法承受這樣的載荷，提高驅(qū)動(dòng)材料的機(jī)械強(qiáng)度，可以滿足在大撓度條件下提高驅(qū)動(dòng)器帶載能力的需求。圖1帶載條件下驅(qū)動(dòng)器工作原理Fig．1Workingprincipleofloadedactuator為了對(duì)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)建模，首先采用虛功原理建立機(jī)構(gòu)的整體控制方程。由于驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)依靠Galfenol產(chǎn)生的磁致伸縮應(yīng)變進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，在整體控制方程中需要一個(gè)子模型來(lái)描述Galfenol合金的磁致伸縮特性。采用能量均分模型對(duì)合金的特性進(jìn)行描述，進(jìn)而耦合到機(jī)構(gòu)的整體控制方程中，最后采用有限元方法對(duì)耦合方程進(jìn)行數(shù)值求解。1.2機(jī)構(gòu)整體動(dòng)力學(xué)模型采用虛功原理對(duì)懸臂梁機(jī)構(gòu)?

探鈉惺

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