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超磁致伸缩薄膜磁-机械耦合模型及数值计算

超磁致伸缩薄膜磁-机械耦合模型及数值计算

计及磁致伸缩各向异性与应力的磁-机械直接耦合有限元计算方法与实验验证

2005年中国固体科学与新材料学术研讨会

作者：陈海燕杨庆新刘素贞闫荣格杨文荣颜威利河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室

建立超磁致伸缩薄膜的磁-机械特性模型对于指导器件的设计、仿真具有重要意义。对弱耦合模型和强耦合模型的耦合机理进行了分析比较,考虑了杨氏模量以及磁导率随磁场的变化,对已有强耦合模型进行了有效的改进。薄膜尺寸非常小,用有限元... 详细信息

建立超磁致伸缩薄膜的磁-机械特性模型对于指导器件的设计、仿真具有重要意义。对弱耦合模型和强耦合模型的耦合机理进行了分析比较,考虑了杨氏模量以及磁导率随磁场的变化,对已有强耦合模型进行了有效的改进。薄膜尺寸非常小,用有限元方法进行单元剖分时会产生严重的网格变形,降低计算精度,因此选用无单元Galerkin方法有效地解决了这一问题。对两种模型的数值计算结果和实验值进行了比较,证明强耦合模型的优势,验证了改进后的模型在计算精度上的提高。

关键词：磁致伸缩薄膜无单元Galerkin方法磁-机械耦合

来源： cnki会议评论

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中国电机工程学报 2024年

作者：李岱岩张艳丽王振张殿海任自艳闫秀恪谢德馨教育部特种电机与高压电器重点实验室(沈阳工业大学)

为了提高材料磁致伸缩特性影响下电气产品铁心振动形变计算的可靠性，本文提出了考虑磁致伸缩各向异性和应力影响的磁-机械直接耦合计算方法。计及材料磁致伸缩特性以及磁场能与应变能之间耦合能量关系的影响，推导了磁-机械直接耦合的... 详细信息

为了提高材料磁致伸缩特性影响下电气产品铁心振动形变计算的可靠性，本文提出了考虑磁致伸缩各向异性和应力影响的磁-机械直接耦合计算方法。计及材料磁致伸缩特性以及磁场能与应变能之间耦合能量关系的影响，推导了磁-机械直接耦合的总能量方程；针对软磁材料的磁-机械耦合求解区域，构建了材料的非线性正交各向异性磁致伸缩应变偏张量模型；基于Newton-Raphson迭代法，推导了磁-机械耦合计算的非线性迭代求解过程，同时也考虑了应力对磁致伸缩的影响。最后，编写了有限元计算程序，并通过对铁心实物模型的实验验证，验证了计算程序的有效性和计算精度。

关键词：有限元法磁致伸缩直接耦合磁-机械耦合铁心

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考虑磁致伸缩效应永磁电机的振动噪声研究

电工电能新技术 2015年第1期34卷 28-34页

作者：韩雪岩张哲吴胜男陈健沈阳工业大学国家稀土永磁电机工程技术研究中心辽宁沈阳110870

硅钢片的磁致伸缩是永磁电机产生振动噪声的原因之一。本文基于压磁方程,建立了考虑磁致伸缩效应的磁-机械耦合模型,给出求解区域内的基本假设及相应的边界条件,以一台11k W永磁同步电机为例,应用有限元计算了在理想电流和实验电流供电... 详细信息

硅钢片的磁致伸缩是永磁电机产生振动噪声的原因之一。本文基于压磁方程,建立了考虑磁致伸缩效应的磁-机械耦合模型,给出求解区域内的基本假设及相应的边界条件,以一台11k W永磁同步电机为例,应用有限元计算了在理想电流和实验电流供电下由电磁力和磁致伸缩效应两种振动源单独和共同作用时引起的振动;在此基础上分析了电机周围的声场分布。为了验证模型,对该永磁电机的振动和噪声分别进行了实验研究。理论计算与测量结果的比较验证了该耦合模型的正确性,为在设计阶段计算永磁电机振动噪声大小、分布和寻求新的降噪措施,提供了理论依据和计算方法。

关键词：永磁电机磁致伸缩磁-机械耦合有限元分析振动噪声

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超磁致伸缩驱动器及有限元分析方法的研究

光学精密工程 2000年第2期8卷 161-164页

作者：贾宇辉谭久彬哈尔滨工业大学自动化测试及控制系黑龙江哈尔滨150001

新型超磁致伸缩材料 Tb Dy Fe具有输出力大、位移分辨力高及位移范围大等特点 ,将其应用于微位移驱动器中 ,将极大的提高驱动器的性能指标 ,从而推动超精加工技术的发展。文中介绍了应用超磁致伸缩材料研制的驱动器的结构及性能 ,并利... 详细信息

新型超磁致伸缩材料 Tb Dy Fe具有输出力大、位移分辨力高及位移范围大等特点 ,将其应用于微位移驱动器中 ,将极大的提高驱动器的性能指标 ,从而推动超精加工技术的发展。文中介绍了应用超磁致伸缩材料研制的驱动器的结构及性能 ,并利用有限元方法对建立磁 -机械耦合模型进行分析 ,以利于计算机的模拟仿真 ,对驱动器进行分析及设计。

关键词：超磁致伸缩微位移驱动器磁-机械耦合有限元

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磁致伸缩效应对永磁同步电机振动噪声的影响

磁致伸缩效应对永磁同步电机振动噪声的影响

作者：夏林沈阳工业大学

学位级别：硕士

造成永磁同步电机电磁噪声的力源包括电磁力和磁致伸缩力,在以往的电机振动噪声研究中,麦克斯韦电磁力通常被认为是永磁同步电机电磁振动噪声的主要力源,随着对永磁同步电机振动噪声要求的不断提高,需要数值仿真更加接近电机实际工作的... 详细信息

造成永磁同步电机电磁噪声的力源包括电磁力和磁致伸缩力,在以往的电机振动噪声研究中,麦克斯韦电磁力通常被认为是永磁同步电机电磁振动噪声的主要力源,随着对永磁同步电机振动噪声要求的不断提高,需要数值仿真更加接近电机实际工作的情况,因此,在仿真计算过程中必须考虑磁致伸缩效应对永磁同步电机振动噪声的影响。(1)首先介绍了完整的永磁同步电机电磁场理论,分别介绍永磁体磁场、绕组磁场及开槽效应对永磁体磁场和绕组磁场的影响的理论,并通过MATLAB软件进行编程计算得到不同情况下的磁密曲线;再与ANSOFT仿真计算的结果进行对比,以验证理论的正确性;最后根据麦克斯韦应力法计算电磁力,分别得到随时间、空间变化的电磁力和电磁力谐波分量等数据。(2)通过ANSYS对电机定子和定子机壳装配体进行模态分析,计算其前六阶振型图和固有频率,防止电机结构的固有频率与气隙中径向电磁力频率相接近,避免出现共振现象,加剧电机的电磁振动噪声,损伤人的听力,损坏重要的机械设备,并且可以在电机设计阶段通过优化改进电机结构来避免共振现象。(3)建立了考虑磁致伸缩效应的定子铁心磁-机耦合模型,解析计算了电磁力密度及磁致伸缩力密度。数值计算了定子振动位移、振动速度、加速度和声压分布。将所得结果与定子铁心在电磁力单独作用下的振动噪声响应进行对比,在考虑磁致伸缩效应时,定子齿径向力密度幅值比电磁力单独作用时增加了13%,定子铁心的变形量比电磁力单独作用时变形量增加了 13.4%,振动速度、加速度和声压级也明显增加,表明磁致伸缩效应对于电机振动噪声具有重要贡献;并且通过实验验证考虑磁致伸缩效应时电机噪声仿真结果误差更小,更接近实际测量值。因此在低噪声永磁同步电机的研发设计阶段,不能忽略磁致伸缩效应的影响。

关键词：振动噪声分析磁致伸缩效应磁-机械耦合气隙磁场模态分析

热声制冷用超磁致伸缩驱动器结构设计及特性分析

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热声制冷用超磁致伸缩驱动器结构设计及特性分析

作者：刘恩佐内蒙古科技大学

学位级别：硕士

热声制冷机由于具备结构比较简单、高效率等优势,在航空航天、信息等领域得到较为广泛的应用。以压电陶瓷扬声器为声驱动器可有效减少热声制冷机体积,但其也存在工作不稳定的缺点。使用超磁致伸缩驱动器（Giant agnetostrictive actuato... 详细信息

热声制冷机由于具备结构比较简单、高效率等优势,在航空航天、信息等领域得到较为广泛的应用。以压电陶瓷扬声器为声驱动器可有效减少热声制冷机体积,但其也存在工作不稳定的缺点。使用超磁致伸缩驱动器（Giant agnetostrictive actuator,GMA）替换压电陶瓷扬声器可进一步改善输出特性,也可有效提升输入声功率密度。然而,由于超磁致伸缩材料（Giant magnetostrictive materials,GMM）具有磁滞特性,这使以GMM为核心部件的GMA输入电流与输出位移间存在磁滞现象,严重破坏GMA稳定性。本文拟设计一款GMA来代替压电陶瓷扬声器作为热声制冷机的声驱动器,围绕GMA结构稳定性完成的研究工作如下:（1）进行热声制冷用GMA结构参数设计可提升电磁转换率,也可有效发挥GMM特性。基于压电陶瓷扬声器的主要性能参数,分别对热声制冷用GMA偏置磁场、预应力、冷却装置选取以及GMM棒、激励线圈的结构参数进行设计,最终达到替换压电陶瓷扬声器的目的。（2）基于有限元软件对热声制冷用GMA磁场进行有限元仿真分析。首先,建立了热声制冷用GMA磁场有限元模型;其次,从GMM棒径向、轴向角度对磁场均匀性进行分析;最后,分别基于外壳厚度、永磁体半径参数实现其对GMM棒内磁场影响的研究。（3）基于GMA工作原理,依据牛顿第二定律、第一压磁方程等原理,建立了GMA磁-机械耦合系统模型;然后对该耦合系统模型进行数值模拟,得到该系统随参数变化的分岔图及相应的位移波形图、相平面轨迹图和Poincaré映射图,并对该系统的混沌特性进行分析;最后研究了参数误差对耦合系统的影响。（4）对该系统进行详细的数值模拟,通过4阶Runge-Kutta法求解GMA磁-机械耦合系统方程,基于其数值解得到了系统在不同参数下的分岔图,并结合位移波形图、相平面轨迹图、Poincaré映射图和幅值谱图来研究系统在等效刚度系数、碟簧二次刚度项系数与碟簧三次刚度项系数变化时系统的混沌特性。本文的研究实现了热声制冷用GMA结构参数设计;建立了GMA磁-机械耦合系统振动方程,并对该系统的混沌特性进行分析。该研究对提高热声制冷机的输出性能及稳定性具有一定的指导作用,也为GMA稳定性设计提供理论支持。

关键词：超磁致伸缩驱动器结构参数设计磁-机械耦合混沌特性稳定性