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Terfenol-D超磁致伸缩换能器的有限元模拟

1引言ANSYS是目前比较流行的有限元分析软件之一,它能解决工程中诸多学科、诸多门类中的实际问题,功能全面,在换能器设计中曾被许多研究者采用[‘-’],但是在这些工作中都是利用ANSYS软件处理压电型换能器。ANSYS软件有专门求解压电耦合问题的计算功能,却不能直接用于解决磁致伸缩机电耦合问题,给磁致伸缩换能器的设计带来很大的不便。目前超磁致伸缩材料(Terfenol-D)的应用越来越广,它以高能量密度和低声速的特点而被广泛应用于低频一甚低频大功率水声换能器中,比较适合的频率范围是几百HZ到几kHZ,而在十几kHZ以上的频率范围设计工作又遇到新的难题:涡流损耗大、有功材料体积小、预应力施加与度量等等。我们通过压磁一压电比拟法,实现借助ANSYS压电耦合求解功能来分析计算磁致伸缩型换能器的电声转换问题,并探讨设计十几kHZ稀土纵向换能器的可行性。2利用ANSYS软件解决磁致伸缩机电耦合问题的探讨类似的工作间在应用ANSYS低版本程...  (本文共4页) 阅读全文>>

《微计算机信息》2011年10期
微计算机信息

激励电流对超磁致伸缩换能器动态特性的影响

1引言新型超磁致伸缩材料Terfenol-D因其具有输出位移大、输出力大以及响应速度快等优点而被广泛应用于各种换能器的设计。超磁致伸缩换能器是一种将电磁能转换成机械能的高效机电转换装置,是用于大型工程质量检测中大功率声波无损检测系统的理想震源。其工作原理是激励电流激发出驱动磁场从而激发机械位移的输出。最近几年,超磁致伸缩换能器中的电能-磁能-机械能耦合问题已经引起了广大科学工作者的广泛关注。比如,机械装置中超磁致伸缩棒的理论模型研究已经取得了很大的进展;超磁致伸缩换能器的动态特性已经在实验中被观测到;Shang等人用数学模型和数值计算的方法研究了超磁致伸缩换能器的震动问题。但是,理论模型分析方法忽略了换能器中的一些影响因素而且公式推导复杂繁琐;实验的方法是在换能器设计好以后进行,不利于我们对换能器进行反复的优化设计,延长了优化设计的时间,而且成本较高。然而有限元模拟计算这种方法便能很好的解决以上问题,用它来研究超磁致伸缩换能器的...  (本文共3页) 阅读全文>>

《压电与声光》2011年06期
压电与声光

脉冲电流对超磁致伸缩换能器影响实验研究

0引言超磁致伸缩材料(GMM)是一种新型功能材料,其典型代表为Terfenol-D[1-2]。与传统的压电材料相比以Terfenol-D为核心材料制作的换能器因其发射声波功率大,频率高(10kHz以上),重复性好,余震短等优点,在大功率声波无损检测系统领域得到广泛应用[3]。超磁致伸缩换能器在工作状态中会同时受到机械载荷和电磁场的双重作用,其动态特性取决于机械结构参数和输入电源性能。对于组件结构相同的换能器,其机械结构参数是一定的,由于施加了不同的输入电流,换能器的性能也会不同。国内外已有一些学者在输入电流对换能器的动态性能影响方面进行了相关研究。孙英等研究了有偏置磁场和无偏置磁场情况下输入交流电流频率与位移输出特性之间的变化关系[4]。Bottauscio等利用Preisach theory磁滞模型,研究了交流驱动时的涡流效应和应力状态的变化,建立了磁致伸缩换能器的磁弹性动态模型[5]。Grunwald等提出了不同偏置磁场设计...  (本文共4页) 阅读全文>>

《东北大学学报》2002年04期
东北大学学报

超磁致伸缩换能器的非线性特性

超磁致伸缩材料是一种新型功能材料 ,具有比压电材料高数十至数百倍的磁致伸缩应变值 ,并且有输出功率大、微秒量级响应速度、工作宽频带等优异特性 ,在许多领域都有重要应用[1~ 6] ,尤其是在微位移应用领域更显示出其独特的优越性·超磁致伸缩换能器电磁 机械耦合过程 ,从工程应用角度 ,可以用一种相对简单的数学模型来等效模拟该磁 机耦合动态过程[7~9] ·本文以试验数据为基础[[1 0 ] ,对动态磁致伸缩过程进行分析 ,利用多尺度法 ,求解了碟簧非线性变刚度的动力学响应 ,并分析了换能器的混沌运动·1 超磁致伸缩换能器动力学特性超磁致伸缩换能器的结构示意图如图 1所示·图 1 磁致伸缩换能器简图Fig .1 Sketchofmagneto strictiontransducer1—顶杆 ;2—碟簧 ;3—磁致伸缩棒 ;4—励磁线圈 ;5—永磁铁 ;6—外壳·超磁致伸缩棒在电磁场作用下产生形变 ,带动顶杆运动·在一定的预压应力...  (本文共4页) 阅读全文>>

《广西大学学报(自然科学版)》1988年03期
广西大学学报(自然科学版)

磁致伸缩换能器的编、查表计算法

图1所示的窗型和二型纵向振动磁致伸缩换能器楷振尺寸及频率均用Camp公式进行计算,有如下几种情祝:(1)已知a/b(以下又简称为q),/z/L:值及谐振频率f,求谐振尺寸人、L:;(2)已知谐振频率f,a/b值和h,求谐振尺寸L:;(3)已知换能器尺寸,求谐振频率f。除第(2)种情况外,其余两种情况都要解超越方程,运算繁琐。本文方法与超声变幅杆设计用表编制〔’二相似,是定义两个新系数将C amp公式变换成可进行编表的形式并用计算机编制出计算用表,在进行第(1),(3)种情况换算器计算时只需由表中查出相应数据进行简单计算即可得到考虑修正或不考虑修正的换能器的谐振尺寸或频率。这样,与第(2)种情。。口。小r_C、_一:「a_;_/2二f:、1_、、。。‘,*,。二、,仁、、,。。况时用公式L:=下牲万tg一’1岑c tg〔三劣左h】,一起运用,就彻底消除了进行这类磁致伸价~产“问‘、一JZ二f一。Lb一“、C一Z」~~‘.‘’‘“’...  (本文共4页) 阅读全文>>

湘潭大学
湘潭大学

稀土超磁致伸缩换能器的动态特性及其应用

稀土超磁致伸缩换能器是将电磁能转换成机械能或声能的器件,具有高效的机电转换效率。超磁致伸缩换能器作为声波无损检测中的震源,与锤击震源相比,具有重复性好,便于多组信号采集的优势;与压电换能器相比,激发的超声波能量更高,适合于工程中大体积构件质量的声波无损检测。超磁致伸缩换能器的动态性能影响驱动能力、响应特性及能量转化效率。本文首先对声波无损检测、声波震源、磁致伸缩材料以及超磁致伸缩换能器进行评述,紧接着对换能器的磁场特性及应变分布进行研究,然后建立换能器的传递函数动态模型,研究结构参数对换能器动态特性的影响,最后将研制的换能器用于声波CT检测中,对混凝土质量进行评价。主要研究内容及结果如下:(1)利用ANSYS电磁场有限元研究了不同电流驱动频率下超磁致伸缩换能器磁棒中的磁场及应变分布。结果发现:随着输入电流频率的增加,轴向磁场均匀性增加,而径向磁场均匀性减小。磁致伸缩应变几何分布变化显著。(2)利用克希荷夫定律、能量守恒定律等建立...  (本文共67页) 本文目录 | 阅读全文>>