大壩的安全對于保障水電站的安全具有重要的作用,而水流沖刷、路面載荷變化對大壩的影響和破壞具有長期性、實(shí)時性,而采用常規(guī)檢測方法又難以實(shí)現(xiàn)對其進(jìn)行監(jiān)測。故,本文受到動物仿生須的啟發(fā),基于維拉里效應(yīng)設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡單、靈敏度高、壽命長的磁致伸縮仿生須傳感器,其不僅可以監(jiān)測水流對大壩的沖刷,還可以在地震、泥石流、洪水等自然災(zāi)害對大壩產(chǎn)生威脅時發(fā)出預(yù)警,可以有效提升大壩的安全保障力度。本文首先對各種磁致伸縮材料的參數(shù)進(jìn)行比較后,發(fā)現(xiàn)Fe-Ga合金（Galfenol）不僅有較大的磁致伸縮系數(shù),還兼具了良好的機(jī)械性能（可軋制）,是制作仿生須傳感器的理想材料。設(shè)計(jì)和制作了該仿生須傳感器樣機(jī),并對其工作原理、各個組成部分的作用進(jìn)行了闡述。利用有限元軟件對該傳感器Galfenol懸臂梁的振動模態(tài)、磁場及應(yīng)力進(jìn)行了分析。基于歐拉—伯努利梁方程、壓磁方程等,構(gòu)建了關(guān)于該仿生須傳感器的靜態(tài)靈敏度、動態(tài)靈敏度、分辨率的數(shù)學(xué)模型。然后借助特斯拉計(jì)發(fā)現(xiàn)霍爾傳感器在距離通孔位置2mm、永磁體距離通孔位置12mm左右時,磁感應(yīng)強(qiáng)度的差值最大。利用實(shí)驗(yàn)室的儀器搭建了磁致伸縮仿生須傳感器的靜態(tài)和動態(tài)實(shí)驗(yàn)平臺,用來模擬水下沖... 

【文章來源】：南昌工程學(xué)院江西省

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景
        1.1.1 大壩監(jiān)測的發(fā)展歷程
    1.2 傳感器在大壩監(jiān)測中的應(yīng)用
    1.3 智能材料
    1.4 磁致伸縮材料
        1.4.1 磁致伸縮材料的發(fā)展歷程
        1.4.2 磁致伸縮材料的應(yīng)用
    1.5 國外研究磁致伸縮傳感器的現(xiàn)狀
    1.6 國內(nèi)研究磁致伸縮傳感器的現(xiàn)狀
    1.7 論文的研究意義及內(nèi)容安排
        1.7.1 論文的研究意義
        1.7.2 論文的內(nèi)容安排
第2章 磁致伸縮仿生須傳感器的設(shè)計(jì)及工作原理
    2.1 仿生學(xué)概述
    2.2 動物仿生須的工作原理
        2.2.1 仿生須傳感器的研究現(xiàn)狀
    2.3 仿生須材料的選擇
        2.3.1 磁致伸縮材料的選擇
    2.4 磁致伸縮材料的特性
    2.5 磁致伸縮仿生須傳感器的設(shè)計(jì)
    2.6 磁致伸縮仿生須傳感器的工作原理
    2.7 本章小結(jié)
第3章 磁致伸縮仿生須傳感器的有限元分析
    3.1 有限元法的發(fā)展歷程
    3.2 有限元分析軟件
    3.3 磁致伸縮仿生須傳感器的建模
        3.3.1 Galfenol懸臂梁的數(shù)學(xué)建模
        3.3.2 磁致伸縮仿生須傳感器的數(shù)學(xué)建模
    3.4 有限元分析
        3.4.1 COMSOLMultiphysics仿真分析軟件
        3.4.2 COMSOLMultiphysics的操作步驟
        3.4.3 磁致伸縮仿生須傳感器的有限元分析
        3.4.4 磁致伸縮仿生須傳感器的求解結(jié)果及后處理
    3.5 本章小結(jié)
第4章 磁致伸縮仿生須傳感器的樣機(jī)制作及實(shí)驗(yàn)研究
    4.1 磁致伸縮仿生須傳感器的樣機(jī)制作
    4.2 永磁體及霍爾傳感器在底座上的放置位置
    4.3 激光位移傳感器的工作原理
    4.4 磁致伸縮仿生須傳感器的靜態(tài)和動態(tài)實(shí)驗(yàn)研究
        4.4.1 磁致伸縮仿生須傳感器的靜態(tài)實(shí)驗(yàn)研究平臺
        4.4.2 磁致伸縮仿生須傳感器動態(tài)實(shí)驗(yàn)研究平臺搭建
    4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
        4.5.1 靜態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
        4.5.2 動態(tài)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析
    4.6 本章小結(jié)
第5章 磁致伸縮仿生須傳感器的優(yōu)化設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究
    5.1 新型磁致伸縮仿生須傳感器的設(shè)計(jì)及樣機(jī)制作
        5.1.1 新型磁致伸縮仿生須傳感器的設(shè)計(jì)
        5.1.2 新型磁致伸縮仿生須傳感器的樣機(jī)制作
    5.2 新型磁致伸縮仿生須傳感器的工作原理
    5.3 新型磁致伸縮仿生須傳感器的數(shù)學(xué)模型
    5.4 新型磁致伸縮仿生須傳感器的實(shí)驗(yàn)研究
        5.4.1 新型磁致伸縮仿生須傳感器實(shí)驗(yàn)研究平臺的搭建
        5.4.2 新型磁致伸縮仿生須傳感器的測試結(jié)果及分析
    5.5 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 研究總結(jié)
    6.2 進(jìn)一步的工作與展望
參考文獻(xiàn)
致謝
在學(xué)期間學(xué)術(shù)論文與研究成果
    1.發(fā)表論文
    2.申報(bào)專利
    3.獲獎


【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[2]基于壓電傳感器的混凝土損傷檢測數(shù)值模擬[J]. 齊寶欣,張雨,李佳諾,賈連光.  壓電與聲光. 2018(03)
[3]大壩強(qiáng)震動響應(yīng)參數(shù)放大效應(yīng)研究[J]. 裴雪玲,王波,杜興忠.  長江科學(xué)院院報(bào). 2018(04)
[4]《水電站大壩運(yùn)行安全管理信息系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》解讀[J]. 馮濤,李嘯嘯,張曉松,馮永祥,傅春江,蔣波.  大壩與安全. 2018(01)
[5]磁致伸縮位移傳感器波導(dǎo)絲扭轉(zhuǎn)超聲波衰減特性研究[J]. 謝新良,王博文,周露露,翁玲,孫英.  電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2018(03)
[6]“獨(dú)具特色,異軍突起”——記COMSOL中國年會采訪[J]. 陳剛.  世界電子元器件. 2017(11)
[7]超磁致伸縮致動器的等效電路模型研究及實(shí)驗(yàn)分析[J]. 李一寧,張培林,何忠波,薛光明.  中國電機(jī)工程學(xué)報(bào). 2018(11)
[8]磁致伸縮壓力傳感器設(shè)計(jì)及其輸出特性[J]. 王博文,王啟龍,韓建暉,萬麗麗,曹淑瑛,王寧,劉華平.  光學(xué)精密工程. 2017(04)
[9]偏置磁場對磁致伸縮液位傳感器檢測電壓的影響[J]. 孫英,邊天元,王碩,翁玲,張露予.  光學(xué)精密工程. 2016(11)
[10]壩前淤積及壩后沖刷監(jiān)測管理信息系統(tǒng)開發(fā)與應(yīng)用[J]. 周洪葉,鄭淑倩.  大壩與安全. 2016(02)

博士論文
[1]基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的大壩安全監(jiān)控模型研究[D]. 張帆.東南大學(xué) 2016
[2]Galfenol復(fù)合懸臂梁磁機(jī)耦合建模及實(shí)驗(yàn)研究[D]. 曹清華.武漢理工大學(xué) 2015
[3]超磁致伸縮致動器的電—磁—熱基礎(chǔ)理論研究與應(yīng)用[D]. 張成明.哈爾濱工業(yè)大學(xué) 2013
[4]基于無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的大壩安全監(jiān)測系統(tǒng)研究[D]. 繆新穎.大連理工大學(xué) 2013
[5]超磁致伸縮材料、器件損耗理論與實(shí)現(xiàn)研究[D]. 陶孟侖.武漢理工大學(xué) 2012
[6]基于蜻蜓翅膀的溫室結(jié)構(gòu)仿生設(shè)計(jì)研究[D]. 史曉君.吉林大學(xué) 2012
[7]鋱鏑鐵磁致伸縮材料的制備及性能研究[D]. 張世榮.東北大學(xué) 2008
[8]基于GMM的微致動研究及應(yīng)用[D]. 盧全國.武漢理工大學(xué) 2007
[9]大壩安全監(jiān)控感智融合理論和方法及應(yīng)用研究[D]. 蘇懷智.河海大學(xué) 2002

碩士論文
[1]環(huán)狀超磁致伸縮致動器設(shè)計(jì)與研究[D]. 范文濤.山東大學(xué) 2017



本文編號：3627842