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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