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温度对磁致伸缩换能器动态输出特性的影响

压电与声光 2014年第2期36卷 266-269页

作者：王亚普龙士国湘潭大学材料与光电物理学院湖南湘潭411105

超磁致伸缩材料(GMM)的能量密度高,导热性相对较好,但是对外界温度比较敏感,故其性能受温度的影响较大。该文采用数值分析软件COMSOL Multiphysics,研究了温度对超磁致伸缩换能器动态输出特性的影响。结果表明,在相同加载时间下,随着温... 详细信息

超磁致伸缩材料(GMM)的能量密度高,导热性相对较好,但是对外界温度比较敏感,故其性能受温度的影响较大。该文采用数值分析软件COMSOL Multiphysics,研究了温度对超磁致伸缩换能器动态输出特性的影响。结果表明,在相同加载时间下,随着温度升高,换能器输出位移的振幅和余震降低,输出频率集中在7.5kHz;在室温(20℃)下,随加载时间的缩短,振幅先增后减,余震显著增强,输出频率有小范围增大;考虑温度对杨氏模量的影响时,随温度升高,输出位移的振幅明显降低,余震有微小的降低,输出频率主要集中在10kHz内。

关键词：磁致伸缩换能器温度动态输出特性杨氏模量有限元分析

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超磁致伸缩驱动器动态输出特性的改进研究

机床与液压 2004年第11期32卷 13-15页

作者：吕猛魏燕定李国平陈子辰浙江大学机能学院杭州310027

针对超磁致伸缩驱动器的动态输出特性的响应问题 ,从驱动器的驱动电源和控制算法两方面入手 ,提出了改进方法 ,并形成了一个完整的计算机测控系统。试验表明 ,该系统简单、可靠、实用。

关键词：超磁致伸缩驱动器动态输出特性功率放大器 PID算法

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渐开线直齿轮副的动态输出特性分析

机电技术 2011年第6期34卷 24-27页

作者：刘正义林定笑福建工程学院机电及自动化工程系福建福州350108

以一对渐开线直齿轮副的动态输出特性为研究对象,通过对直齿轮副啮合过程的分析,分别在其单齿啮合区、双齿啮合区建立了动态特性分析模型,并对该分析模型进行了求解。结合实例,研究了输入转矩、转矩波动、传递误差以及重合度等因素对齿... 详细信息

以一对渐开线直齿轮副的动态输出特性为研究对象,通过对直齿轮副啮合过程的分析,分别在其单齿啮合区、双齿啮合区建立了动态特性分析模型,并对该分析模型进行了求解。结合实例,研究了输入转矩、转矩波动、传递误差以及重合度等因素对齿轮副动态输出特性的影响,结果表明:在单齿啮合区以及单、双齿啮合区转变处输出转矩、转速产生较大的波动;在双齿啮合区输出转矩、转速波动较小;随着负载的增大,输出转速的波动加剧;输入转矩的波动对输出转矩影响不大,但对输出转速具有较大的影响;随着传动误差的增大,输出转矩、转速均会产生较大的波动;增大重合度,将会明显地减缓单齿啮合区以及单、双齿啮合区转变处输出转矩、转速的波动。

关键词：齿轮动力学动态输出特性转矩波动传递误差

阳极闭端式PEMFC动态模型的仿真与实验分析

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中国科技论文 2021年第11期16卷 1256-1262页

作者：钟庆尧张龙海杨博席奂曾科西安交通大学能源与动力工程学院西安710049 郑州宇通客车股份有限公司郑州450016

为了对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的动态工作特性及温度等关键参数的变化规律进行研究,首先基于MATLAB/Simulink平台建立了阳极闭端式空冷型PEMFC的电化学模型和传热模型,并结合实验数据对建立的模... 详细信息

为了对质子交换膜燃料电池(proton exchange membrane fuel cell,PEMFC)的动态工作特性及温度等关键参数的变化规律进行研究,首先基于MATLAB/Simulink平台建立了阳极闭端式空冷型PEMFC的电化学模型和传热模型,并结合实验数据对建立的模型进行验证和校准,然后对电堆在不同工况下的动态输出特性开展模拟研究。结果表明,电堆的输出电压会由于负载的变化和温度的调节出现过冲、下冲的瞬态响应现象及平缓的过渡过程,且温度与负载电流的变化越大,输出的瞬态变化幅度越大,调节时间也越长。所建立的PEMFC动态输出模型可以准确地预测电堆的输出特性及最佳工作温度,为制定电堆热管理控制策略提供理论依据。

关键词：质子交换膜燃料电池建模仿真实验验证动态输出特性热管理

温度对稀土超磁致伸缩换能器输出特性的影响研究

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温度对稀土超磁致伸缩换能器输出特性的影响研究

作者：王亚普湘潭大学

学位级别：硕士

随着科技的进步，对智能材料的研究及其在各个领域的应用引起越来越多的重视。稀土超磁致伸缩材料是智能材料的一种，由于其具有磁致伸缩应变大、能量密度高、工作频带宽、响应快、可靠性好以及精度高等优异特性，成为制作换能器的理想... 详细信息

随着科技的进步，对智能材料的研究及其在各个领域的应用引起越来越多的重视。稀土超磁致伸缩材料是智能材料的一种，由于其具有磁致伸缩应变大、能量密度高、工作频带宽、响应快、可靠性好以及精度高等优异特性，成为制作换能器的理想材料，例如用于无损检测超声换能器、致动器、位移驱动器等。但是，由于超磁致伸缩材料对温度比较敏感，在实际应用中，温度对换能器的输出特性有较大的影响。因此，本文从环境温度和换能器内部产热两个方面，分析其对换能器动态输出特性的影响。主要研究内容和相关结论如下：(1)超磁致伸缩换能器基本特性的分析。利用有限元软件COMSOL Multiphysics建立换能器的模型，依次进行稳态分析、参数扫描分析、瞬态分析。计算结果表明：增大加载电流，换能器的轴向磁场分布均匀度降低，而输出位移先增大，之后达到饱和;增大线圈匝数，磁场均匀度和位移均呈增大趋势，且位移变化最后也趋近于饱和。(2)环境温度对超磁致伸缩换能器输出特性的影响。利用曲线拟合软件1stOpt将不同温度下的磁致伸缩应变曲线，拟合成关于磁场和应变的函数关系，再导入有限元软件，分析环境温度对输出特性的影响。结果表明：在室温20℃条件下，随着加载时间减小，输出位移的首波振幅呈先增后减的趋势，而余振显著增强，换能器的分辨率降低;在相同的加载时间下，随着环境温度升高，换能器输出位移的振幅明显降低，余振和余振差值也呈降低趋势;经过傅立叶转换，可得出换能器的输出频率分布比较均匀，工作频率范围在7.5kHz之内，输出能量大小随温度升高而降低。然后，利用插值函数的方法导入杨氏模量在不同温度下的变化规律，结果表明：随环境温度升高，振幅下降趋势更加显著，余振相对较小且衰减极快，固有频率有所降低。(3)换能器的磁滞损耗、涡流损耗及线圈产热所引起的内部温度场对其动态输出特性的影响。首先，利用热应力模块模拟磁滞损耗、涡流损耗和线圈产热引起的温度变化，发现前两者引起的温度升高较为明显。然后，利用软件中的PDE模块建立磁-机械-温度三场耦合模型，结果表明：若换能器内部温度场恒定，温度越高，其输出位移的振幅越低，且输出波形的平衡位置略有下降;当换能器在瞬态变化的温度场下工作时，随着温度逐渐升高，换能器振动的峰值降低。另外，增大所加载的初始预应力，换能器振动输出波形的峰值相对增大，但增幅减小，且引起的输出误差百分比有所下降。通过本文的研究，得到了环境温度及换能器自身产热对输出特性的影响，相关结论对磁致伸缩换能器的开发及实际应用提供一定理论指导。

关键词：稀土超磁致伸缩换能器温度磁场分布动态输出特性磁-机械-温度三场耦合

基于超磁致伸缩换能器的超声强化装置改进研究

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基于超磁致伸缩换能器的超声强化装置改进研究

作者：张栋梁北京交通大学

学位级别：硕士

超声振动强化作为新工艺在提高零件表面质量方面有特殊的优势,常规的光整加工经常采用滚压与喷丸强化,但经喷丸强化工艺后零件轮廓尺寸精度较低,滚压处理后的强化层较浅,硬度较低,而超声强化能更好的提高其表面质量。换能器作为超声强... 详细信息

超声振动强化作为新工艺在提高零件表面质量方面有特殊的优势,常规的光整加工经常采用滚压与喷丸强化,但经喷丸强化工艺后零件轮廓尺寸精度较低,滚压处理后的强化层较浅,硬度较低,而超声强化能更好的提高其表面质量。换能器作为超声强化系统的核心组成部分,一直是决定超声强化工艺的关键因素。本文对超声强化原理及超磁致伸缩材料特性进行研究,为超磁致伸缩换能器的设计研发提供理论依据,研究换能器的动态输出特性,针对超声强化的技术要求对换能器的各部分结构尺寸进行设计计算,研制改进超磁致伸缩换能器样机,并且完成超声电源的研制。通过理论分析超磁致伸缩换能器的磁场,建立了磁场分布模型,应用ANSYS有限元分析方法,对换能器的磁场进行了仿真分析,验证了结构设计的合理性并进行结构优化。搭建了测试磁滞损耗实验平台,计算了换能器各类损耗,包括涡流损耗、磁滞损耗、电阻损耗,并且提出了减少能量损耗的方法。常规方法测试换能器内部温度很困难,通过有限元分析模拟换能器温度场,得到了实际的换能器温度分布状况,结果显示换能器内部最高温升为71℃,能满足长时间超声强化的工作需要。经测试换能器输出振幅最大可达253μm,换能器输出更加稳定,本文设计的偏置磁场方式能适应不同频率下消除倍频效应的需要。应用正交试验方法设计了三因素三水平正交试验,研究挤压量、进给量、工件转速三个参数对超声强化效果的作用规律与实际影响效果。得到对表面粗糙度而言最显著的影响因素为进给量,对硬度影响最显著影响因素为挤压量,超声强化前后较前道工序粗糙度下降80%左右,表面硬度提高28.5%左右。

关键词：稀士超磁致伸缩换能器动态输出特性样机有限元分析损耗分析正交试验

计及温度影响的稀土超磁致伸缩换能器物理建模研究

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计及温度影响的稀土超磁致伸缩换能器物理建模研究

作者：陈泽坤湖南大学

学位级别：硕士

以Terfenol-D为典型代表的稀土超磁致伸缩材料具有非常高的磁致伸缩系数、极快的响应速度、大能量密度以及较高的能量转换效率,具有广阔的应用前景。稀土超磁致伸缩换能器是一种利用超磁致伸缩材料实现能量转换的磁性器件,这种换能器能... 详细信息

以Terfenol-D为典型代表的稀土超磁致伸缩材料具有非常高的磁致伸缩系数、极快的响应速度、大能量密度以及较高的能量转换效率,具有广阔的应用前景。稀土超磁致伸缩换能器是一种利用超磁致伸缩材料实现能量转换的磁性器件,这种换能器能够输出较大的力与位移,在多个军民用高科技领域得到了广泛应用。对稀土超磁致伸缩换能器动态输出特性的准确预测是其优化设计与控制的基础,因此有必要构建换能器系统层面的电-磁-热-机多场耦合物理模型,以反映换能器动态输出位移与激励信号之间的映射关系。目前,换能器的多场耦合物理模型主要存在以下问题:1.换能器内部的温升将引起永磁体的可逆退磁,进而改变偏置磁场的强度,影响稀土超磁致伸缩材料的伸缩性能。现有模型在预测温度对换能器的影响时,仅考虑了超磁致伸缩材料的物理特性随温度的变化规律,而忽略了永磁体的温度特性。换能器动态输出特性随温度的变化实际上是多因素耦合作用的结果。2.为准确评估永磁体的温度特性对换能器的影响,有必要构建换能器的电磁场模型。稀土超磁致伸缩材料与永磁体的相对磁导率较低,换能器内部的磁场分布较为复杂,而现有模型难以考虑空间漏磁、边缘效应的影响。3.稀土超磁致伸缩棒材内部的涡流效应会影响磁场的径向分布,现有的电磁场分析方法不能准确考虑涡流效应对棒材内部实际磁场分布的影响。针对目前存在的问题,本文的主要研究内容如下:1.以一个电-磁-机耦合振动系统为研究对象,初步探究等效磁网络的构建与求解方法并验证其有效性。综合考虑系统气隙位置的三维空间磁阻、永磁体周围的漏磁阻,构建系统的等效磁网络,并引入导磁材料的非线性磁阻以进一步考虑磁饱和的影响。通过非线性等效磁网络的迭代求解,结合系统的非线性电-磁-机耦合等效电路模型与小信号等效电路模型,分别预测系统的振动特性与阻抗特性。搭建样机与实验测试平台,并进行实验验证。有限元软件的仿真结果、样机阻抗特性与振动特性的测试结果共同证实了等效磁网络建模方法的合理性。2.探究Jiles-Atherton模型参数随多种外部因素的变化规律,分别构建计及直流偏磁与激励水平耦合作用的磁滞模型与计及温度影响的磁滞模型,进一步拓展Jiles-Atherton模型的适用范围。结合所提出的参数辨识流程,仅根据较少的材料磁滞回线即可辨识得到模型中引入的额外参数。搭建超磁致伸缩材料磁滞特性测试平台,并测量材料的磁滞回线。对于不同工况下的磁滞回线,所构建的磁滞模型都能够达到较高的预测精度。对磁场强度与磁化强度之间的映射关系的准确计算能够为稀土超磁致伸缩材料的损耗计算与稀土超磁致伸缩换能器的多物理场建模提供理论支撑。3.考虑材料的温度特性尤其是温升引起的永磁体可逆退磁对换能器磁场分布的影响,构建稀土超磁致伸缩换能器的电-磁-热-机多场耦合系统层次模型。模型确定了磁场分布,对空间磁阻进行详细的划分,所构建的等效磁网络综合考虑了空间漏磁、边缘效应的影响;在等效磁网络中引入棒材复磁阻以进一步考虑涡流效应对棒材内部实际磁场分布的影响。结合拓展后的Jiles-Atherton模型、超磁致伸缩材料的多场耦合非线性本构特性与换能器的动力学模型,探究温度条件对换能器动态输出特性的影响。制作样机,并搭建稀土超磁致伸缩换能器动态输出特性实验测试平台。有限元模型的计算结果与样机的实验测试结果表明,所构建的多场耦合系统层次模型能够较为准确地反映换能器的磁场分布与动态输出特性。在模型中计及涡流效应、永磁体的可逆退磁以及材料电阻率的温度相关性能够显著提高模型的精度;考虑温度对超磁致伸缩材料磁滞特性的影响也能够显著提高模型的精度。此外,准确评估换能器内部温度的空间分布性同样是换能器动态输出特性建模的关键。

关键词：稀土超磁致伸缩材料稀土超磁致伸缩换能器物理建模动态输出特性等效磁网络 Jiles-Atherton模型可逆退磁电-磁-热-机多场耦合

超磁致伸缩换能器多物理场耦合SPICE建模

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超磁致伸缩换能器多物理场耦合SPICE建模

作者：李姝汛湖南大学

学位级别：硕士

随着智能材料的蓬勃发展,以超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,简称GMM)为驱动振子的超磁致伸缩换能器由于其具有能量密度高、响应速度快、能提供稳定偏置磁场方便等优点,拥有广阔的发展前景和潜力。由于GMM本身的非线性... 详细信息

随着智能材料的蓬勃发展,以超磁致伸缩材料(Giant Magnetostrictive Material,简称GMM)为驱动振子的超磁致伸缩换能器由于其具有能量密度高、响应速度快、能提供稳定偏置磁场方便等优点,拥有广阔的发展前景和潜力。由于GMM本身的非线性特性及换能器内部所存在的漏磁、涡流、力学分布特性等复杂的多场耦合现象,换能器的动态输出特性及阻抗特性均呈现非线性特征。建立完整有效的超磁致伸缩换能器多场耦合模型以准确地预测其输出特性和阻抗特性对于设计、优化并充分应用换能器具有十分重要的意义。然而,现有的换能器建模研究工作仍存在很多有待完善之处:它们缺少综合考虑漏磁和涡流效应并准确描述换能器内部磁场分布不均匀的电-磁耦合建模工作,且无法准确表征换能器的不均匀力学分布特性。因此,本文结合换能器磁场分布及磁滞特性,并考虑不均匀力学分布特性建立了换能器多场耦合动态输出模型,并制作了换能器样机验证了模型的准确性。同时,建立了多场耦合阻抗模型对换能器的阻抗特性进行充分表征,并进一步进行了阻抗匹配研究对比。主要内容如下:(1)针对换能器内部存在的漏磁、涡流等现象,基于有限元仿真结果及磁通管理论分析了换能器磁路内磁力线分布情况,建立等效磁路模型。在此基础上,充分考虑GMM内涡流分布特性,以复磁阻形式等效了涡流对磁场的影响,进一步建立了修正等效磁路模型。该模型计算结果与有限元模型结果吻合良好,证明了该模型能够充分考虑漏磁、涡流等因素的影响,充分描述换能器内部磁场的不均匀性。利用动态Jiles-Atherton模型表征GMM的不可逆磁化过程,准确描述了GMM在磁化过程中随频率变化的动态损耗和非线性动态磁滞特性。(2)利用非线性本构模型计算GMM的应变,完成磁-机耦合。充分考虑换能器由于磁场分布引起的不均匀力学分布特性,建立多自由度动态系统分析换能器系统动力学特征,随后整合了整个换能器多场耦合动态输出模型,并制作了超磁致伸缩换能器样机,搭建了换能器输出特性测试实验平台。该模型计算结果与实验数据吻合较好,表明本文所提出的多物理场动态输出模型能够准确预测换能器的动态输出特性,充分表征换能器输出位移的衰减和迟滞变化趋势。通过对该模型的进一步讨论,分析了漏磁、涡流及应变分布对换能器输出位移的影响,验证了考虑漏磁、涡流及力学分布特性的必要性和准确性。(3)为了准确地表征换能器电声转换特性,还需对其多场耦合阻抗特性进行针对性的研究。换能器的阻抗特性同样受到漏磁、涡流等多种因素的影响,首先基于电磁感应原理建立了电-磁耦合模块,经过磁场建模对永磁体特性及漏磁进行表征后,结合GMM压磁方程和波动方程充分考虑涡流损耗完成了磁-机耦合建模,最后建立了机械传输线模型以描述换能器相关部件的一维纵波机械传输特性,实现了对换能器机械域的阻抗建模。搭建换能器阻抗测量平台验证了本文所建立的阻抗模型的准确性。同时,为了提高系统能量传输效率,基于已建立的多场耦合阻抗模型,对换能器多种阻抗匹配方式进行了对比讨论。(4)上述动态输出特性建模及阻抗特性建模均借助SPICE实现,基于电-磁-机类比关系及基础电路理论,使用多个互相耦合的受控源构建自定义模块以实现复杂模型的快速求解。利用SPICE完成模型的构建与求解,能够便于捕捉过程物理量的变化特性,并且加快了模型的求解速度,提高了模型的可操作性。

关键词：超磁致伸缩换能器多物理场耦合建模动态输出特性阻抗特性 SPICE

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医疗场所UPS的设计与选用

建筑电气 2020年第3期39卷 14-18页

作者：周翔四川省建筑设计研究院有限公司

依据相关设计规范、标准要求,探讨医疗建筑中UPS(Uninterruptible Power Supply,不间断电源)的设计和选择要点。提出应根据负荷性质、电源输入要求、动态输出特性等因素进行医疗场所的UPS选型;并通过计算示例,探讨医疗场所UPS的容量计... 详细信息

依据相关设计规范、标准要求,探讨医疗建筑中UPS(Uninterruptible Power Supply,不间断电源)的设计和选择要点。提出应根据负荷性质、电源输入要求、动态输出特性等因素进行医疗场所的UPS选型;并通过计算示例,探讨医疗场所UPS的容量计算和电池选择。

关键词：医疗场所 UPS 恢复供电时间负荷特性电源输入要求动态输出特性容量计算电池选择