Анализ и синтез плоскопараллельных магнитных полей актуаторов с эффектом памяти формы комбинированным методом конечных элементов и точечных магнитных моментов
DOI:
https://doi.org/10.17213/0136-3360-2020-4-5-12Ключевые слова:
актуатор, ферромагнетик с памятью формы, анализ, синтез, магнитное поле, метод конечных элементов, метод точечных магнитных моментовАннотация
Предложено решение актуальной проблемы анализа и синтеза актуаторов на основе ферромагнитных материалов с эффектом памяти формы. Разработан комбинированный метод расчета плоскопараллельных магнитных полей актуаторов: в линейной среде используется метод точечных магнитных моментов, в нелинейной среде - метод конечных элементов. Применение векторных точечных магнитных моментов позволяет сократить размерность задачи расчета поля. Количество неизвестных по сравнению с методом конечных элементов уменьшается примерно в 18 раз при относительной погрешности расчета магнитной индукции менее 2 %. На основе метода разработан алгоритм решения обратной задачи определения магнитодвижущей силы намагничивающих катушек актуатора с учетом зависимости магнитных свойств ферромагнитного материала с памятью формы от его деформации и влияния на деформацию материала внешней нагрузки. Алгоритм обеспечивает значительное сокращение времени расчета при требуемой точности определения параметров магнитного поля, что позволяет эффективно решать задачи синтеза актуаторов, выполнять анализ неисправностей и прогнозирование их состояния в реальном времени. Описанный комбинированный метод может быть использован при расчете магнитных полей других электротехнических устройств.Библиографические ссылки
Magnetic Shape Memory Microactuators / M. Kohl, M. Gueltig, V. Pinneker, R. Yin, F. Wendler, B. Krevet // Micromachines. 2014. Vol. 5. P. 1135 - 1160.
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.
An Innovative Electromagnetic Actuator Based on Magnetic Shape Memory Alloys / M. Schropp, L. Riccardi, R. Schnetzler, R. Naegele // Actuator 2018; 16th International Conference on New Actuators, Bremen, Germany. 2018. P. 587 - 590.Large magnetic field induced strains in Ni2MnGa single crystals / K. Ullakko, J.K. Huang, C. Kantner, R.C. O’Handley, V.V. Kokorin // Appl. Phys. Lett. 1996. Vol. 69, № 13. P. 1966-1968.
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.
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.
FEM-simulation of magnetic shape memory actuators / T. Schiepp, M. Maier, E. Pagounis, A. Schlüter, M. Laufenberg // IEEE transactions on magnetics. 2014. Vol. 50, № 2. P. 989 - 992.
Бахвалов Ю.А., Гречихин В.В., Юфа-нова 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., Гречи-хин 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. Электромеханика. 2019. № 5. С. 5 - 10. DOI:10.17213/0136-3360-2019-5-5-10.
Гречихин В.В., Краевский И.С. Математическая макромодель состояний актуатора с эффектом памяти формы и ее применения // Изв. вузов. Электромеханика. 2020. № 2-3. С. 62 - 67. DOI:.10.17213/0136-3360-2020-2-3-62-67.
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
