超磁致伸缩执行器电_磁_机耦合场分步有限元模型分析.pdf

《超磁致伸缩执行器电_磁_机耦合场分步有限元模型分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、试验研究现代制造工程(ModernManufacturingEngineering)2012年第6期超磁致伸缩执行器电-磁-机耦合场*分步有限元模型分析12隋晓梅，赵章荣(1华北科技学院电子信息工程学院，三河065201;2国家林业局北京林业机械研究所，北京100029)摘要:提出了超磁致伸缩材料(GiantMagnetostrictiveMaterial，GMM)执行器的电-磁-机三场耦合分步有限元模型。此模型采用分步方法来建立，首先计算线圈的磁场，然后计算GMM中磁-机耦合场。通过COMSOLMultiphysics3．4软件中的三个模块来实现所建模型。最后运用此有限元模型对GMM智

2、能构件进行性能分析，得到的仿真结果与实验结果吻合，说明提出的有限元模型有利于GMM应用设计。关键词:超磁致伸缩材料;电-磁-机耦合场;有限元中图分类号:TP391文献标志码:A文章编号:1671—3133(2012)06—0014—04Finiteelementanalysisofelectric-magnet-mechaniccoupledfieldmodelforGMA12SuiXiaomei，ZhaoZhangrong(1NorthChinaInstituteofScienceandTechnology，Sanhe065201，Hebei，China;2BeijingForestr

3、yMachineryResearchInstitute，StateForestryAdministration，Beijing100029，China)Abstract:Acoupledelectric-magnet-mechanicfiniteelementmodelforgiantmagnetostrictivematerialactuatorisproposed．Thefiniteelementmodelisrealizedbystep．Themagnetfieldiscalculatedfirstly，andthenthemagnet-mechaniccoupledfieldis

4、cal-culated．ThemodeliscalculatedbythreepartsinCOMSOLMultiphysics3．4．Themodelisusedforgiantmagnetostrictivemateri-alcomponentpropertycalculation．Thesimulationisagreedwithexperiment．TheproposedmodelcouldbeusedforGMMdesign．Keywords:GiantMagnetostrictiveMaterial(GMM);electric-magnet-mechaniccoupledfi

5、eld;finiteelement［2］等人使用有限差分法对在外加正弦驱动磁场下0引言GMM棒的稳态响应进行仿真，模型中使用了线性材［3］超磁致伸缩材料(GMM)是近年来发展起来的一料特性。Delince等人提出二维线性有限元模型。［4］种新型功能材料，利用它在外加磁场作用下发生形变Benbouzid等人基于变分原理提出了一维的非线性的特性，可得到由电磁能向机械能转换的一种新型转耦合动态有限元模型。换器———超磁致伸缩执行器(GiantMagnetostrictive由于GMA中涉及电-磁-机-热多场的耦合，需要Actuator，GMA)。GMA以其具有应变力大、强力和机建立一种数学模型

6、，它能反映多场之间能量转换关［1］电耦合系数高，以及响应速度快等优异特性，在超系。目前有限元模型是被采用最多的一种数值计算精密加工、精密定位以及机器人等领域获得了广泛地模型，理论上已经提出了从一维到三维的非线性有限应用。元模型，但在实现上大多采用个人编码，过程复杂，对随着GMM更加深入广泛地使用，迫切需要一个于工程设计不适合。而适用于压电陶瓷及超磁致伸可靠的数值计算模型和工具来反映GMM内在复杂的缩换能器设计的商业软件ATILA能实现GMM中电-磁-机耦合关系，辅助GMM器件设计。一些学者已在磁-机线性耦合计算，但由于其在计算过程中需使用预GMA有限元建模方面作了大量的研究工作。Engd

7、ahl定义的函数表示磁场和电流关系，这虽对大多数场合*国家自然科学基金资助项目(50975256);教育部博士点基金资助项目(20070335204)14隋晓梅，等:超磁致伸缩执行器电-磁-机耦合场分步有限元模型分析2012年第6期是适用的，但对于一些磁场和电流关系不满足预定义!×H=－J(1)的特殊场合就不适合。其他的商业有限元软件，如!B=0(2)NASTRAN、ANSYS、COMSOL、SAP等，其中仅有电-机式中:H为磁场强