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康茂勝CAMOZZI超磁致伸縮執行器感知應用
超磁致伸縮材料（Giant Magnetostrictive Material，簡稱GMM）是一種可實現磁－機械雙向可逆能量轉換的智能材料，且材料應用中同時兼具執行和傳感功能；基于超磁致伸縮材料的執行具有快速響應、大行程量、負載能力強、高可靠性等特點，在精密驅動、流量控制、閥門結構、主動減振、換能器等優良領域具有較好的應用前景。

康茂勝CAMOZZI超磁致伸縮執行器感知應用
本文以超磁致伸縮執行器為研究對象，針對超磁致伸縮材料內的磁疇角度偏轉、磁化和磁彈性等磁機耦合關系以及執行器中有效磁場的優化、感知開展研究，建立了適用于超磁致伸縮執行器自感知應用的材料感知和執行器應用理論。研制了超磁致伸縮執行器，并搭建實驗測試平臺，實驗測評了執行器的應用特性，且對執行器的自感知應用進行驗證。研究結果有利于完善超磁致伸縮材料磁機耦合及磁彈性效應的本構模型，研究內容對執行器的自感知應用拓展具有理論指導意義。 針對超磁致伸縮材料本構模型中的“磁問題”展開研究。基于自由能極小原理及磁疇偏轉理論，采用坐標變換和圖解法相結合，研究了超磁致伸縮材料在不同載荷作用下的磁疇偏轉、躍遷特性，建立了簡化的適用于材料磁感知應用的磁疇偏轉數值方法，直觀解釋了GMM材料在不同載荷作用下的磁致伸縮機理；在此基礎上，研究了磁疇偏轉數值方法對材料本構參數的參數依賴性。研究結果表明：預壓應力有利于壓磁效應中90°疇的積累，但不利于磁彈性效應中磁疇的偏轉和磁化的進行；[110]取向晶體中磁疇的偏轉均可簡化為平面內的磁疇旋轉，磁疇的躍遷效應為磁疇角度所處平面間的躍遷變化，其中35.3°方向磁疇在壓磁和磁彈性效應中的偏轉及躍遷是材料具有大磁致伸縮效應的關鍵；各項異性常數K1和K2的不同取值將影響材料磁疇偏轉特性和磁疇角度躍遷的臨界載荷值，且材料磁疇偏轉數值方法對磁晶各向異性常數和能量分布因子等具有明顯的參數依賴性。 在磁疇偏轉數值方法的基礎上，研究了超磁致伸縮材料磁機能量耦合中的磁彈性效應。通過實驗測試完成超磁致伸縮材料磁疇偏轉數值方法的本構參數辨識，完善了材料的磁疇偏轉模型；在此基礎上，研究載荷作用下磁疇偏轉的磁機耦合理論及應變量輸出特性；分析磁機耦合過程中的能量轉換關系，建立輸入－輸出載荷參量間二端口網絡的等效電路關系，論證基于磁疇偏轉數值方法的材料自感知可行性，為執行器自感知的應用提供理論指導。其中，修正的磁疇偏轉數值方法能夠較好描述超磁致伸縮材料的磁化和應變量特性，進一步論證了壓應力對壓磁和磁彈性效應的貢獻，壓應力將增大材料的有效磁致伸縮應變，但達到同等應變量需更大的磁場載荷；研究內容完善了材料的磁機耦合理論，為超磁致伸縮執行器的自感知應用設計及論證提供基礎理論指導。 針對超磁致伸縮執行器中的磁和熱問題展開研究，完成執行器自感知應用的設計優化和磁場感知關系的建立。解析優化超磁致伸縮執行器中勵磁線圈結構及空間磁場分布，研究了考慮超磁致伸縮材料磁導率下執行器內有效磁場分布，修正材料軸向磁場分布的不均性，建立了考慮GMM磁導率下精確的勵磁電流－磁場間的數學關系；計算分析超磁致伸縮執行器內的損耗和熱傳遞，仿真明確不同勵磁狀態下GMA中溫升特性；建立執行器中勵磁線圈磁感知的數學關系，完善超磁致伸縮執行器的感知應用模型。研究結果表明：超磁致伸縮材料磁導率的不同取值將影響材料軸向磁場分布，其中，GMM材料的端部磁場將高于中間位置，且磁導率的增加有利于增強軸向磁場的均勻性，同時使得材料內平均磁場的數值減小。

康茂勝CAMOZZI超磁致伸縮執行器感知應用
制作了超磁致伸縮執行器，搭建實驗測試平臺。完成超磁致伸縮材料及其執行器輸出機械特性、溫度特性、動態特性的測試評價，論證了超磁致伸縮材料感知模型和執行器自感知應用模型的正確性。結果表明，所設計的超磁致伸縮執行器在15MPa壓應力作用下，能夠實現大于45μm、3.6MPa沖擊力輸出，其zui大輸出應力達到12.5MPa；GMA在靜態、動態勵磁下均存在應變量的滯回，且滯回重復性較好，其動態諧振頻率在1200Hz左右，磁機耦合系數達0.572；在超磁致伸縮自感知驗證中，預壓應力載荷的感知誤差為0.5~0.6的標準差，應變量感知數值與實測結果的zui大誤差小于2.5μm，重復試驗誤差約1μm，論證了所建立磁疇偏轉數值方法的正確性和自感知應用的可行性。