1、 超磁致伸缩材料论文：基于 GMM 和柔性铰链的大位移微致动器设计与研究【中文摘要】超磁致伸缩材料是从 20 世纪 70 年代迅速发展起米的新型材料,目前已被视为 21 世纪提高国家高科技综合竞争力的战略性功能材料。超磁致伸缩材料以其位移分辨率高、应变大、输出力大、响应速度快和能量密度高等诸多优点,在军民两用高科技领域显示出广阔的应用前景。我国有着丰富的、优良的稀土资源,研究基于超磁致伸缩材料的微致动器对我国稀土材料产业的发展有着积极的推进作用。目前,利用超磁致伸缩材料的磁致伸缩效应制作微致动器是国内外的研究热点,大多数研究集中在小位移的微致动器上,为了扩大其应用范围,论文结合超磁致伸缩材料和
2、差动式位移放大机构,研制大位移微致动器,并对其关键技术问题进行理论和实验研究。论文以微致动技术为背景,论述了超磁致伸缩致动器的研究现状,并且介绍了超磁致伸缩材料、磁致伸缩机理、物理效应及其应用。在超磁致伸缩材料的工作特性的基础上,完成大位移微致动器的设计,主要包括 GMM 棒的选型、线圈的设计、磁路结构的设计、预压机构的设计、温控结构的设计和位移放大机构的设计等。针对所设计的大位移微致动器,在理解 ANSYS 软件的电磁场分析理论的基础上,建立了其三维有限元分析模型,分析了其磁场特性。分析结果表明,.【英文摘要】The giant magnetostrictive material (GMM)
3、 has developed rapidly from the 20th century, which has widely influence on the scientific comprehensive competitive power. GMM has the advantages of high resolution, strain, output force, quick response and energy density, and it has a broad prospect in army-civil dual-use. Because of rich rare ear
4、th resources in China, study on giant magnetostrictive actuator (GMA) has a positive role in promoting the development of rare earth material. Currently, research on GMA m.【关键词】超磁致伸缩材料 柔性铰链 微致动器 位移放大机构 有限元【英文关键词】Giant Magnetostrictive Material Flexible Hinge Micro-Actuation Displacement Amplifier Fi
5、nite Element Method【目录】基于 GMM 和柔性铰链的大位移微致动器设计与研究 摘要 4-6 ABSTRACT 6-7 第 1 章 绪论 11-24 1.1 课题研究背景 11-13 1.2 超磁致伸缩材料及应用 13-21 1.2.1 超磁致伸缩材料简介 13-15 1.2.2 磁致伸缩的机理 15-17 1.2.3 超磁致伸缩材料的物理效应 17 1.2.4 超磁致伸缩材料的应用 17-21 1.3 课题研究意义及内容 21-24 1.3.1 课题研究意义 21 1.3.2 课题研究内容 21-23 1.3.3 课题来源 23-24 第 2 章 大位移微致动器的设计 24
6、-36 2.1 大位移微致动器的总体结构与工作原理 24-25 2.2 GMM 棒选型 25-26 2.3 线圈的设计 26-29 2.4 磁路结构的设计 29-30 2.5 预压机构的设计 30-31 2.6 温控结构的设计 31-32 2.7 位移放大机构的设计 32-35 2.8 本章小结 35-36 第 3 章 大位移微致动器的磁场特性分析 36-47 3.1 GMA 的磁场分析 36-41 3.1.1 ANSYS 电磁场分析基本理论 36-38 3.1.2 GMA的静态磁场分析 38-41 3.2 GMA 的磁场均匀性分析 41-43 3.2.1 驱动磁场的径向均匀性分析 41-42
7、 3.2.2 驱动磁场的轴向均匀性分析 42-43 3.3 驱动磁场轴向分布特性影响因素分析 43-45 3.3.1 线圈高度对驱动磁场轴向分布特性的影响 43-44 3.3.2 材料对驱动磁场轴向分布特性的影响 44-45 3.4 本章小结 45-47 第 4 章 位移放大机构的仿真分析 47-60 4.1 倒圆角型柔性铰链的特性分析 47-52 4.2 位移放大机构的静力学分析 52-56 4.2.1 位移放大机构的有限元分析模型 53-54 4.2.2 位移放大机构的放大倍数分析 54 4.2.3 位移放大机构的刚度分析 54-56 4.2.4 位移放大机构的强度分析 56 4.3 位移
8、放大机构的模态分析 56-59 4.4 本章小结 59-60 第 5 章 大位移微致动器的动态特性分析 60-75 5.1 大位移微致动器的动力学模型 60-64 5.2 大位移微致动器的响应特性分析 64-67 5.3 系统响应特性的影响因素分析 67-74 5.4 本章小结 74-75 第 6 章 大位移微致动器的测试与实验研究 75-87 6.1 实验系统介绍 75-78 6.2 大位移微致动器的测试 78-86 6.2.1 电流磁感应强度的关系 78-79 6.2.2 输出特性实验 79-82 6.2.3 稳定性实验 82-83 6.2.4 位移放大机构性能实验 83-86 6.3 本章小结 86-87 第 7 章 结论与展望 87-89 7.1 结论 87-88 7.2 研究展望 88-89 参考文献 89-93 致谢 93-94 攻读硕士学位期间取得的研究成果 94 一、发表论文 94 二、申请专利 94 三、参与科研项目 94
