Математическая макромодель состояний актуатора с эффектом памяти формы и ее применение
DOI:
https://doi.org/10.17213/0136-3360-2020-2-3-62-67Ключевые слова:
макромодель, прямая задача, обратная задача, актуатор, ферромагнетик с памятью формы, метод конечных элементов, аппроксимацияАннотация
Представлено решение актуальной проблемы синтеза актуаторов на основе материалов с эффектом памяти формы. Построена макромодель состояния актуатора, учитывающая зависимость деформации активного элемента актуатора от магнитных свойств материала и внешней нагрузки. Магнитное состояние актуатора описывается совокупностью уравнений стационарного магнитного поля. Решены прямая и обратная задачи синтеза актуатора. Вычислительный алгоритм прямой задачи определения деформации элемента основан на методе конечных элементов для расчета магнитного поля и аппроксимации зависимости магнитной индукции от деформации активного элемента. Обратная задача определения магнитодвижущей силы в катушках управления актуатора заключается в решении прямой задачи расчета магнитного поля и минимизации функционала, учитывающего условие деформации элемента, методом градиентного спуска. Показано применение математической макромодели для определения указанных параметров линейного актуатора. Полученные результаты позволяют эффективно решать задачи синтеза электротехнических устройств, особенностью которых является применение ферромагнитных материалов с эффектом памяти формыБиблиографические ссылки
Ферромагнетики с памятью формы / А.Н. Васильев, В.Д. Бучельников, Т. Такаги, В.В. Ховайло, Э.И. Эстрин // Успехи физических наук. 2003. Т. 173. № 6. С. 577 - 608.
New materials for micro-scale sensors and actuators: an engineering review / Wilson, Stephen A. [ets.] // Materials Science & Engineering R-Reports. 2007. Vol. 56, № 6. P. 1 - 129.
Design and control of linear actuators made by magnetically controlled shape memory alloy / F.-X. Wang, W.-J. Li, Q.-X. Zhang, X.-J. Wu, C. Ge // IEEE International Conference on Mechatronics, July 10-12 2005. P. 583 - 586.
Ferromagnetic shape memory alloy actuator for micro- and nanopositioning / E. Asua, J. Feuchtwanger, A. Garcнa-Arribas, V. Etxebarria, I. Orue, J.M. Barandiaran // Sensor Letters. 2009. № 7. P. 348 - 350.
A precise positioning actuator based on feedback-controlled Magnetic Shape Memory Alloys / L. Riccardi, D. Naso, B. Turchiano, H. Janocha //Mechatronics. 2012. Vol. 22, № 5. P. 568 - 576.
Multistable actuator based on magnetic shape memory alloy / J. Gauthier, A. Hubert, J. Abadie, C. Lexcellent // Actuator 2006, 10th International Conference on New Actuators, Bremen, Germany. 2006. P. 787 - 790.
Gorbatenko N.I., Grechikhin V.V., Shaikhutdinov D.V. Measuring and Actuating Devices Based on Shape Memory Ferromagnets. Metal Science and Heat Treatment, Vol. 56, No. 11 - 12, March, 2015.
Бахвалов Ю.А., Гречихин В.В., Юфано-ва А.Л. Математическое моделирование магнитных полей комбинированным методом фундаментальных решений и конечных элементов в задачах диагностики исполнительных систем с эффектом памяти формы // Изв. вузов. Электромеханика. 2015. № 6. С. 22 - 31. DOI:10.17213/0136-3360-2015-6-22-31
Балабан А.Л., Бахвалов Ю.А., Гречихин В.В. Математическое моделирование трехмерных магнитных полей комбинированным методом конечных элементов и фундаментальных решений с точечными магнитными моментами // Изв. вузов. Электромеханика. 2019. № 1. С. 5 - 14. DOI: 10.17213/0136-3360-2019-1-5-14.
Бахвалов Ю.А., Матвеева О.С. Математическое моделирование плоскопараллельных стационарных магнитных полей актуаторов с эффектом памяти формы методом точечных источников // Изв. вузов. Электро-механика. 2019. № 5. С. 5 - 10. DOI:10.17213/0136-3360-2019-5-5-10.
Kiefer B. Lagoudas D.C. Modeling the coupled strain and magnetization response of magnetic shape memory alloys under magnetomechanical loading // Journal of Intelligent Material Systems and Structures. 2009. Vol. 20, No. 2. P. 143 - 170.
Nonlinear Hamiltonian modeling of magnetic shape memory alloy based actuators / J.Y. Gauthier, A. Hubert, J. Abadie, N. Chaillet, C. Lexcellent // Sensors & Actuators. 2008. Vol. 141. P. 536 - 547.
Sarawate N., Dapino M.J. «Dynamic sensing behavior of ferromagnetic shape memory NiMnGa // Smart Materials and Structures. 2009. Vol. 18, № 10. P. 104014.
Schiepp T. A Simulation Method for Design and Development of Magnetic Shape Memory Actuators. PhD thesis, University of Gloucestershire, 2015.
Загрузки
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
