磁致伸缩电液伺服阀理论与技术

　　《磁致伸缩电液伺服阀理论与技术》为多项国家自然科学基金与航空科学基金等项目研究成果总结，是一本介绍磁致伸缩材料驱动的新型电液伺服阀理论与技术的专著。包括磁致伸缩射流伺服阀与喷嘴挡板伺服阀结构设计及多物理场分析优化；磁致伸缩电-机转换器磁致位移与热致位移的数学建模与补偿控制策略；射流与喷嘴挡板液压放大器数学建模、关键参数设计理论以及流场数值模拟技术；磁致伸缩射流伺服阀与喷嘴挡板伺服阀数学模型、静动态性能等理论与技术。

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目录
前言
第1章 绪论 1
1.1 电液伺服阀主要组成 1
1.1.1 电液伺服阀概述 1
1.1.2 电-机转换器 2
1.1.3 液压放大器 3
1.2 智能材料及其驱动的新型电液伺服阀 5
1.2.1 压电材料/电致伸缩电液伺服阀 5
1.2.2 形状记忆合金/磁控形状记忆合金电液伺服阀 9
1.2.3 磁流变液电液伺服阀 10
1.2.4 电流变液电液伺服阀 12
1.3 磁致伸缩材料 13
1.3.1 磁致伸缩形变机理 13
1.3.2 超磁致伸缩材料的发展 13
1.4 超磁致伸缩材料在电液伺服阀中的应用 14
1.4.1 超磁致伸缩材料驱动的新型电液/电气伺服阀 14
1.4.2 超磁致伸缩材料驱动的电液伺服阀关键技术 18
1.5 本章小结 19
参考文献 20
第2章 磁致伸缩电液伺服阀及其多物理场优化 23
2.1 超磁致伸缩材料的应用特性 23
2.1.1 磁致伸缩特性 23
2.1.2 压应力特性 25
2.1.3 温度特性 27
2.1.4 倍频特性 27
2.1.5 涡流损耗特性 28
2.2 超磁致伸缩射流伺服阀结构及原理 29
2.3 超磁致伸缩电-机转换器的电磁驱动 30
2.3.1 GMA磁路模型 30
2.3.2 GMA磁场分析 32
2.4 超磁致伸缩电-机转换器的热传导 36
2.4.1 GMA传热模型 36
2.4.2 GMA热场分析 44
2.5 射流液压放大器的结构参数优化 45
2.5.1 淹没紊动射流理论 45
2.5.2 射流液压放大器优化模型 47
2.5.3 射流液压放大器设计准则 52
2.6 超磁致伸缩驱动型喷嘴挡板阀 55
2.6.1 超磁致伸缩三喷嘴挡板阀的结构与工作原理 55
2.6.2 超磁致伸缩四喷嘴挡板阀的结构与工作原理 56
2.7 本章小结 57
参考文献 58
第3章 磁致伸缩电-机转换器磁致位移模型与控制 60
3.1 超磁致伸缩电-机转换器磁致位移理论模型研究现状 60
3.1.1 本构耦合模型 60
3.1.2 磁滞建模与控制 61
3.2 基于复数磁导率的超磁致伸缩电-机转换器磁致位移模型 64
3.2.1 基于复数磁导率的磁化模型 64
3.2.2 磁致伸缩模型 70
3.2.3 机械传动的动力学模型 71
3.3 超磁致伸缩电-机转换器的特性分析 72
3.3.1 GMA位移测试系统 72
3.3.2 GMA位移输出的静态性能 73
3.3.3 GMA位移输出的动态性能 76
3.4 超磁致伸缩电-机转换器的驱动技术 84
3.4.1 伺服阀用GMA的驱动要求 84
3.4.2 伺服阀用GMA驱动器设计 85
3.4.3 实验研究 87
3.5 超磁致伸缩电-机转换器的前馈逆补偿控制 88
3.5.1 前馈逆补偿控制系统及控制原理 89
3.5.2 GMA的动态逆模型 90
3.5.3 仿真与实验 94
3.6 本章小结 98
参考文献 99
第4章 磁致伸缩电-机转换器热损耗与热致位移控制 103
4.1 热致位移研究现状 103
4.1.1 热损耗研究现状 103
4.1.2 热致位移抑制研究现状 106
4.2 GMA热功率损耗模型与分析 109
4.2.1 GMA结构及其工作原理 109
4.2.2 热功率损耗对GMA输出性能的影响 110
4.2.3 热功率损耗理论模型与实验研究 110
4.2.4 降低执行器热功率损耗的方法 117
4.3 基于管式冷却执行器的热场有限元仿真与分析 122
4.3.1 仿真模型的建立 122
4.3.2 稳态传热仿真结果分析 125
4.4 基于腔式冷却执行器的传热数学模型与数值分析 135
4.4.1 腔式冷却执行器结构及工作原理 135
4.4.2 稳态等效热阻模型 136
4.4.3 稳态温度场及热致位移计算模型 138
4.4.4 理论模型计算 144
4.5 超磁致伸缩电-机转换器热致位移控制实验研究 149
4.5.1 温控测试实验平台的搭建 150
4.5.2 管式冷却执行器温控实验结果分析 154
4.5.3 腔式冷却执行器温控实验结果分析 157
4.5.4 管式主动冷却与腔式主动冷却对比分析 160
4.6 本章小结 161
参考文献 162
第5章 射流与喷嘴挡板液压放大器的建模理论 165
5.1 射流与喷嘴挡板液压放大器理论研究现状 165
5.1.1 射流液压放大器 165
5.1.2 喷嘴挡板液压放大器 166
5.2 射流液压放大器结构及工作原理 167
5.3 射流液压放大器通流面积的求取 168
5.3.1 通流面积的线性模型 168
5.3.2 通流面积的非线性模型 171
5.4 射流液压放大器模型及特性仿真 174
5.4.1 基于节流理论的射流液压放大器模型 174
5.4.2 基于动量定理的射流液压放大器模型 184
5.5 喷嘴挡板液压放大器的静态特性模型 190
5.5.1 单喷嘴挡板阀的模型 190
5.5.2 双喷嘴挡板阀的模型 193
5.5.3 三喷嘴挡板阀的模型 195
5.5.4 四喷嘴挡板阀的模型 198
5.6 喷嘴挡板液压放大器参数设计理论 201
5.6.1 基于最大控制压力灵敏度的参数设计理论 201
5.6.2 基于综合性能最优的参数设计理论 203
5.7 本章小结 213
参考文献 214
第6章 射流与喷嘴挡板液压放大器的数值模拟 217
6.1 射流与喷嘴挡板液压放大器流场数值模拟研究现状 217
6.1.1 射流液压放大器 217
6.1.2 喷嘴挡板液压放大器 217
6.2 射流液压放大器流场数值模拟 218
6.2.1 流场数值模拟的数学基础 218
6.2.2 射流液压放大器流场数值模拟 219
6.2.3 射流液压放大器模型的修正 222
6.3 喷嘴挡板液压放大器的流场建模 223
6.3.1 流场模型建立 223
6.3.2 边界条件设置 226
6.4 超磁致伸缩四喷嘴挡板阀的流场分析 226
6.4.1 喷嘴区域的流场分析 226
6.4.2 固定节流孔-喷嘴区域的流场分析 237
6.5 本章小结 244
参考文献 245
第7章 磁致伸缩电液伺服阀理论模型与特性分析 247
7.1 超磁致伸缩射流伺服阀的理论模型 247
7.1.1 模型构成与各环节方程 247
7.1.2 超磁致伸缩射流伺服阀的模型 251
7.2 超磁致伸缩射流伺服阀的理论特性 252
7.2.1 超磁致伸缩射流伺服阀的静态性能 252
7.2.2 超磁致伸缩射流伺服阀的动态性能 256
7.3 超磁致伸缩三喷嘴挡板阀数学模型 261
7.3.1 模型构成与各环节方程 261
7.4 超磁致伸缩三喷嘴挡板伺服阀的理论特性 265
7.4.1 模型参数辨识 265
7.4.2 阶跃响应特性 266
7.4.3 正弦响应特性 267
7.5 本章小结 269
参考文献 270
第8章 磁致伸缩电液伺服阀的实验研究 271
8.1 超磁致伸缩射流伺服阀实验研究 271
8.1.1 测试系统 271
8.1.2 误差来源及分析 273
8.2 超磁致伸缩射流伺服阀的测试 274
8.2.1 静态性能测试 274
8.2.2 动态性能测试 276
8.3 超磁致伸缩射流伺服阀理论模型与实验结果对比 284
8.3.1 静态性能对比 284
8.3.2 动态性能对比 285
8.4 超磁致伸缩三喷嘴挡板伺服阀特性的实验研究 289
8.4.1 静态特性测试 289
8.4.2 动态特性测试 292
8.5 本章小结 294
参考文献 295
第9章 磁致伸缩电液伺服阀研究总结与展望 296
9.1 研究总结 296
9.2 研究展望 300