题目：巨磁致伸缩执行器的理论计算与实验研究

本文基于机电控制机构对核心部件—磁致伸缩材料执行器的应用要求，研制了一组执行器。通过ANSYS数值模拟分析软件对执行器的磁路结构、电热效应进行了计算并提出优化方案，加工装配完成后对执行器的位移输出性能、电热效应、滞后效应和系统稳定性等方面进行了测试，并对实验结果做出分析。为了解决执行器的电磁兼容问题并扩大其使用频率范围，对新型执行器和新型粘结磁致伸缩材料进行了探索性研究，并对执行器位移输出性能和漏磁情况，以及新材料的涡流损耗特性等进行了实验测试。初步设计了执行器结构，通过ANSYS数值模拟软件和磁路理论计算，证实结构设计可以实现预先的磁场强度要求；根据电热效应的数值模拟计算得出了合理的激励电流强度，并通过实际测量结果选取了合适的螺线管线径尺寸。在模拟实际应用环境进行的测试中，执行器在准静态、激励电流为±1A的条件下位移输出性能达到±30μm；螺线管发热在持续工作3个小时后逐渐达到稳态，温度增幅控制在12℃左右；系统稳定性在10小时持续工作过程中表现良好，位移输出性能十分稳定。为了解决执行器的外场漏磁问题，在之前执行器结构设计经验的基础上，提出了新型的分段式执行器设计方案。理论计算和实验数据结果表明，分段式设计方案不仅可以减小执行器的整体尺寸，降低制备成本，而且在满足±30μm的位移输出性能的前提下，可以大幅度降低外场漏磁强度，经过测试，分段式执行器的漏磁强度在指定位置小于1Oe，符合实际应用的电磁兼容标准。为了扩展执行器的使用频率范围，探索了新型树脂基粘结巨磁致伸缩材料的磁致伸缩性能和高频下的涡流损耗特性，实验结果显示粘结TbDyFe在2×105Hz高频条件下涡流损耗仅为铸态TbDyFe合金的8.7%，而磁致伸缩性能可达723ppm，与TbDyFe合金相近。