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超磁致伸缩材料(GMM)的优异性能使其在检测、声纳、磁机电换能等领域具有广阔的应用前景,而对GMM的研究集中于正效应,对逆效应与自感知技术研究较少。本文为了实现使GMM同时作为执行器与传感器,以弯曲型超磁致伸缩执行器(WGMA)为研究对象,对其建立了电磁机的耦合模型以及等效电路模型,用Ansys对其进行了电磁机耦合的有限元分析,通过WGMA的正逆效应实验对WGMA的相关参数进行了定标,分析了超磁致伸缩动态力传感器的原理,提出了磁滞度的概念,详细阐述了三种自感知方法的原理,并进行了相应的实验研究。
第1章介绍了GMM的发展历程、性能特点、国内外研究应用现状,阐述了超磁致伸缩自感知执行器的特点、研究状况,阐明了论文的研究意义、论文结构。
第2章介绍了磁致伸缩现象的三种表现形式,用磁致伸缩模型和磁畴理论解释了场致变形,详细介绍了GMM的基本特性,最后用磁畴理论阐述了超磁致伸缩自感知机理。
第3章介绍了GMA的两种结构形式,建立了WGMA的电磁机分步耦合模型,同时也以直动型GMA为例,对其建立了等效的电路模型,提出了等效电路模型用于优化GMA结构设计的原理和实现GMA自感知的方法,最后利用Ansys对WGMA进行了电磁机三场耦合的有限元分析。
第4章介绍了WGMA正逆效应实验系统和相变水冷温控系统,对实验中用到的传感器进行了实验标定,分析了WGMA正、逆效应机理,并分别对WGMA正逆效应的静动态特性进行了实验研究,对WGMA的相关参数进行了定标,最后研究了GMM作为力传感器的一般原理,针对普遍存在的磁滞非线性,提出了磁滞度的概念,并结合实例加以了详细地阐述。
第5章系统阐述了基于观测磁感应强度和基于电桥电路的GMA自感知方法,并进行了相应的实验研究,分析了实验结果,探索性地提出了基于参数辨识的GMA自感知方法,并对三种自感知方法进行了比较。
第6章概括了全文的主要工作内容和论文的创新点,展望了需要进一步研究的工作。