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用形状记忆合金弹簧主动控制转子振动

用形状记忆合金弹簧主动控制转子振动

发布日期:2019-04-19 作者: 点击:

      选择形状记忆合金(shape memory alloy , SMA)制作的记忆弹簧元件作为转子系统的弹性支承, 研究对转子振动的主动控制。利用SMA 近似的应力— 应变— 温度的多项式模型, 推导出SMA 弹簧的非线性恢复力模型。运用简化的热力学模型, 建立SMA 弹簧的温度控制系统, 以电流加热的方法改变SMA 的温度。在数值仿真中, 设计了给定温度曲线, 计算出电流功率, 并验证了改进后系统的振动抑制效果。仿真结果表明该方法能将转子最大振幅减少30%以上。


      形状记忆合金(shape memory alloy , SMA)是一种通过热弹性马氏体相变将热能直接转换为机械能的新型材料。由于SMA 具有优良的阻尼特性和储能特性, 多被应用于减振和控制等方面。目前SMA 可直接应用于振动控制的特性有三个方面,

(1)形状记忆功能;

(2)变刚度特性;

(3)相变伪弹性特性。

       利用形状记忆合金(SMA)元件对转子系统进行主动控制, 是近年来振动控制中新兴起的一个方向。前人已经做了很多工作[ 1 ,2] , 大多采用电流加热的方法,但关于如何确定电流的大小及变化规律, 还未见报道。


用形状记忆合金弹簧主动控制转子振动


       本文采用SMA 弹簧元件作为转子附加弹性支承, 利用电流加热的方法改变SMA 的动力学特性, 实现对转子系统的主动控制。由于SMA 的应力—应变—温度三者之间呈复杂的非线性关系, 所以SMA 弹簧的设计和使用与普通材料的弹簧有很大的区别, 第一, SMA 弹簧不象普通弹簧那样仅作为被动的弹性元件, 它能在高温和低温的循环过程中输出力和位移, 从而用作主动控制的执行元件。第二, SMA 材料的应力、应变、温度之间非线性关系复杂, 且对材料的成份、热处理工艺条件十分敏感。第三, 普通弹簧在加载与卸载过程中的应力—应变曲线是重合的, 而SMA 的应力—应变曲线存在温度滞后或应变滞后现象。


      为了研究SMA 的动力学特性, 要求建立比较准确的数学模型。本文采用文献[ 3] 中提出的近似多项式模型建立SMA 弹簧的恢复力模型。


SMA 的恢复力及热力学模型

      SMA 具有相变伪弹性特性, 相变可由温度的改变和外力的作用来诱发, 在实际的应用中, 二者都可以作为SMA 元件的控制变量。为了建立SMA 的动力学和热力学模型, 采用文献[ 3] 中提出的SMA 的应力—应变—温度的近似多项式模型。该模型能够表示SMA的形状记忆特性以及伪弹性特性, 认为材料的自由能仅取决于温度和一维形变ε, 即ψ=ψ(T , ε), 而没有考虑其他内部变量。


本文网址:http://www.oomgames.com/news/471.html

关键词:形状记忆合金弹簧,形状记忆弹簧,记忆合金弹簧

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