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GMA(即超磁致伸缩致动器)具有反应快、位移大、输出力强、可以大功率、高效率地实现电磁能和机械能或电磁信息与机械位移信息之间相互转换等优点,是微位移驱动器、线性马达和振动主动控制的重要驱动元件。但超磁致伸缩执行器存在着本征非线性和磁滞特性,严重阻碍了超磁致伸缩执行器的应用。因此对超磁致伸缩致动器的动力学特性研究,无论在理论和实际工程应用方面都具有重要意义。 首先,该课题以沈阳贝特数控机械有限公司生产的超磁致伸缩致动器为研究对象,进行实验设计、测量。利用实验测量、理论计算和有限元分析三种方法对多层螺线管线圈中心轴位置处的磁场进行分析;再利用ANSYS有限元软件对预压力装置和致动器中的冷却系统进行分析,检验其可行性;并对预压力装置进行模态分析,找出致动器的工作频率区间。之后,通过对超磁致伸缩致动器进行静态和动态实验测量,分析预压力、激励电流强度和频率以及温度对致动器输出特性的影响。为致动器工作条件的设置,提供实验依据。 然后,为分析材料中的磁滞非线性对致动器输出的影响,假设磁场为匀强磁场,利用有限差分法,将J-A磁滞模型与所建立的匀强磁场下耦合磁弹性理论模型相结合,进行求解分析,讨论致动器的输出特性。通过仿真结果与文献实验测量结果的比较,验证了理论模型的合理性;与文献中将磁滞线性化处理后的结果比较,分析磁滞非线性对输出的影响。并在不同参数条件下,分析讨论了相关因素对致动器输出特性的影响。 最后,利用有限差分法将边端效应所产生的磁场非线性引入致动器模型中,对非匀强磁场下的耦合磁弹性理论模型进行求解分析,讨论致动器的输出特性;并通过与匀强磁场下的结果比较,讨论边端效应对致动器输出特性的影响。利用与匀强磁场结果的误差比较分析,设计近似匀强磁场。