变负载下超磁致伸缩作动器动力特性与迟滞分析

"变负载下超磁致伸缩作动器非线性动力特性分析 (2014年)" 本文详细探讨了在变负载条件下，超磁致伸缩作动器（Giant Magnetostrictive Actuator，GMA）的动力学特性，特别是其非线性动态行为。超磁致伸缩材料Terfenol-D是这类作动器的核心组件，因其在磁场作用下能产生显著的形状变化而被广泛应用。Terfenol-D材料的动力学特性受多种因素影响，包括应力状态、磁场频率和外部激励。 文章首先建立了一个耦合磁弹性的动力学方程，这是对超磁致伸缩作动器动态行为进行建模的基础。该方程考虑了材料的磁致伸缩效应和弹性响应之间的相互作用，以全面描述作动器的运动。 接着，作者基于磁致伸缩材料的二次畴转模型和均质能量场磁滞模型，分析了变应力如何影响Terfenol-D的饱和磁致伸缩、磁滞算子、矫顽场分布函数以及交互场密度分布函数。这些因素是决定材料动态性能的关键参数。通过实验数据的最小二乘参数识别和多项式拟合，研究人员得以构建出考虑变应力的二次畴转模型和磁滞模型，这两个模型对于预测和理解变负载下Terfenol-D材料的行为至关重要。 通过数值方法求解耦合磁弹性动力学方程，作者揭示了在不同频率和应力水平下，外部激励磁场与作动器输出位移之间的迟滞非线性关系。这种迟滞现象是由于材料的磁滞效应造成的，表现为磁场与位移之间的滞后曲线，且在不同负载下表现出不同的特征。 研究发现，当频率保持不变时，增加负载力会导致滞回环的面积增大，但倾斜角度保持不变，这表明作动器的能量转换效率降低。同时，负载力对作动器的幅频特性有显著影响，这为理解和优化混合隔振系统的性能提供了重要线索。 总结来说，这篇论文深入研究了变负载对超磁致伸缩作动器动态性能的影响，提出了一套有效的模型和分析方法，对于设计和控制涉及此类作动器的振动控制系统具有重要的理论和实践价值。该研究不仅深化了对Terfenol-D材料动力特性的理解，也为未来在工程应用中优化设计和控制策略提供了科学依据。