探究谐振超磁致伸缩换能器谐振频率计算与结构设计

论文导读：
摘要：稀土超磁致伸缩材料（Terfenol-D）在材料特性上具有较大的应变量、抗压力大、可靠性高等十分巨大的优点，由此它在水声声纳，电声换能器技术、海洋探测与开发技术、微位移驱动、减振与防振、机器人等众多领域均有广泛的运用。本论文以计算超磁致伸缩换能器的谐振频率、超磁致伸缩换能器的结构优化设计与磁-机械仿真浅析三方面入手，通过实验探讨验证了论述和有限元仿真的正确性，对换能器进行了深入的探讨浅析。本课题首先介绍了磁致伸缩现象及机理，综述超磁致伸缩材料的主要特性、进展历史与探讨近况，介绍了国内外超磁致伸缩换能器探讨概况及有着的不足，在此基础上陈述了本课题的选题作用并给出了探讨内容。其次，系统的阐述了换能器的工作原理以及设计策略。依据Terfenol-D棒的工作特性，用等效电路法和动力学法对超磁致伸缩换能器做了谐振频率的论述计算，进行了电路的阻抗匹配和串并联调谐，结合指标要求对超磁致伸缩换能器进行了初步的结构设计，其中包括Terfenol-D棒的设计、激励线圈的设计、碟簧与预应力的设计、偏置磁场的设计、前后盖板和输出杆的设计及磁轭设计。继而，利用有限元浅析软件对超磁致伸缩换能器的磁路部分和结构部分分别进行了有限元浅析，对Terfenol-D棒和换能器的谐振频率进行了论述上的验证，提取了5阶模态，并仿真了振动形态图。对换能器的激励线圈、永磁结构、输出杆和前后盖板进行了优化设计，确定了优化后的最终结构。最后，制作了换能器的样机，搭建了实验测试系统，对超磁致伸缩换能器的线圈阻抗提供了实验依据，其次分别对换能器做了静态特性实验和动态特性实验进行了实验探讨，通过实验数据验证了优化的可行性。总结本课题所得结论并且对今后的工作做出了下一步的展望。关键词：超磁致伸缩换能器论文谐振频率论文结构设计论文有限元浅析论文
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ABSTRACT5-8
第一章 绪论8-14
§

1.1 课题的探讨背景及作用8

§

1.2 超磁致伸缩材料介绍及探讨运用近况8-12

1.2.1 超磁致伸缩材料介绍8-10

1.2.2 超磁致伸缩换能器运用近况10-12

§

1.3 课题的主要探讨内容12-14

第二章 超磁致伸缩换能器的谐振频率计算14-26
§

2.1 超磁致伸缩换能器的基本工作特性14-16

2.

1.1 超磁致伸缩机理14

2.

1.2 超磁致伸缩材料的工作特性14-16

§2.2 超磁致伸缩换能器的谐振频率计算16-25

2.1 等效电路法16-22

2.2 结构动力学计算法22-25

§

2.3 计算结果与浅析25

§

2.4 本章小结25-26

第三章 超磁致伸缩换能器的结构设计及其仿真探讨26-45
§

3.1 超磁致伸缩换能器的结构设计26-33

3.

1.1 Terfenol-D 棒设计26-27

3.

1.2 预应力设计及碟簧结构设计27-29

3.

1.3 前后盖板及输出杆设计29-30

3.

1.4 激励线圈设计30-31

3.

1.5 偏置磁场的设计31-33

3.

1.6 磁轭设计33

§3.2 有限元浅析策略及步骤33-36
3.

2.1 电磁场有限元浅析介绍34-35

3.

2.2 动力学有限元浅析介绍35

3.

2.3 超磁致伸缩换能器的有限元浅析35-36

§3.3 超磁致伸缩换能器的有限元浅析36-44

3.1 超磁致伸缩换能器的磁场浅析及有限元仿真36-37

3.2 Terfenol-D 棒的模态浅析及有限元仿真37-39

3.3 Terfenol-D 棒的谐响应浅析及有限元仿真39-40

3.4 超磁致伸缩换能器的优化设计40-42

3.5 超磁致伸缩换能器的模态浅析及有限元仿真42-44

§

3.4 本章小结44-45

第四章 超磁致伸缩换能器的制作与实验探讨45-55
§

4.1 线圈阻抗的实验探讨及优化设计45-50

4.

1.1 直流激励时线圈的阻抗46

4.

1.2 线圈选择对阻抗的影响46-47

4.

1.3 Terfenol-D 铁芯对阻抗的影响47-49

4.

1.4 工作时间对阻抗的影响49-50

§4.2 换能器的静态特性实验浅析50-52
§

4.3 换能器的动态特性实验浅析52-54

§4.4 本章论文导读：小结54-55第五章总结与展望55-56§5.1工作总结55§5.2改正意见及工作展望55-56参考文献56-58致谢58上一页12
小结54-55
第五章 总结与展望55-56
§

5.1 工作总结55

§

5.2 改正意见及工作展望55-56

参考文献56-58
致谢58