《氣隙調節式大行程超磁致伸縮自感知執行器基礎研究》是依託浙江大學，由嚴柏平擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：氣隙調節式大行程超磁致伸縮自感知執行器基礎研究
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：嚴柏平
- 項目類別：青年科學基金項目
- 批准號：51407157
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
基於超磁致伸縮材料的自感知執行器以其回響速度快、高精度輸出、執行/感測一體化控制的特點，在可變翼面結構和工業自動化控制等領域受到廣泛關注。本課題針對超磁致伸縮執行器自感知套用中存在的自感知模型缺乏、感測信號弱且不易提取等問題，提出一種具有氣隙調節特性的超磁致伸縮自感知執行器研究。採用位移放大結構和氣隙相結合，建立超磁致伸縮材料磁-機耦合模型和執行器結構動力學模型，掌握應力、磁場作用下超磁致伸縮材料磁機耦合特性與執行器中磁感知變化規律。利用有限元分析方法對超磁致伸縮自感知執行器的結構參數進行最佳化設計，提高自感知套用中磁感測信號的感知精度，突破自感知執行器基於磁信號感知設計的關鍵技術，總結超磁致伸縮自感知執行器的最佳化設計方法與構型特性理論。本課題的研究成果可以為基於智慧型材料的自感知執行器設計提供理論基礎，具有重要的科學研究意義，在可變翼面結構、結構健康監測等領域套用廣泛。
結題摘要
以超磁致伸縮執行器的自感知套用為背景，以提高超磁致伸縮執行器對環境應力載荷和執行過程中應變數輸出的高靈敏度設計等性能為目標，本課題提出了一種具有氣隙調節功能的超磁致伸縮自感知執行器結構。該裝置採用帽狀位移放大結構和可變氣隙結構相結合，可實現載荷作用下超磁致伸縮材料內應力和磁場同時變化的效果，具有高載荷感知靈敏度的優點，易於自感知執行器的設計及套用。具體研究內容及成果以下： 1、在超磁致伸縮材料機-磁耦合模型方面，參照S-W模型的建模方法，提出一種簡便的、易於工程套用的磁疇偏轉數值分析方法，研究了載荷作用下材料內部磁疇角度偏轉特性，建立得到超磁致伸縮材料的機-磁耦合模型；在此基礎上，研究了所建立模型的參數依賴性，並提出一種簡便的參數辨識方法，有效的修正了所建立的材料機-磁耦合模型的本構參數。 2、在自感知模型研究方面，研究了單一載荷作用下超磁致伸縮材料內磁化特性的改變，提出應力和磁場同時作用下獲取較大壓磁效果的設計方法；結合執行器自感知設計中磁場感知的原理，建立得到考慮線圈結構下的執行器自感知數學關係。 3、在自感知執行器構型理論方面，研究了超磁致伸縮材料磁導率、氣隙長度、永磁體結構等對GMM內磁場大小及均勻性的影響，建立考慮GMM磁導率、氣隙長度、永磁體參數下材料內有效磁場的精確數學關係。在此基礎上，建立考慮超磁致伸縮材料、永磁體、氣隙、帽狀位移放大結構等結構參數的輸出電動勢數學關係，提出氣隙調節式超磁致伸縮自感知執行器樣機最佳化設計及集成方案。 4、在實驗測試方面，分別搭建超磁致伸縮材料和自感知執行器的實驗測試平台，完成超磁致伸縮材料機-磁耦合模型、自感知模型、氣隙調節式超磁致伸縮執行器環境應力感知和執行應變感知的試驗驗證。所提出的氣隙調節式超磁致伸縮自感知執行器的應力感知係數達0.022T/MPa，大於傳統結構的0.005-0.01T/MPa；同時，自感知模型的應變數感知誤差小於2.5μm，氣隙調節式超磁致伸縮自感知執行器的應變感知誤差小於20μm。
