Numerische Modellierung magnetostriktiver Wandlerwerkstoffe

磁致伸缩换能器材料的数值模拟

• 批准号: 42574496
• 负责人: Professor Dr.-Ing. Holger Hanselka
• 金额: --
• 依托单位: Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.
• 依托单位国家: 德国
• 项目类别: Research Grants
• 财政年份: 2007
• 资助国家: 德国
• 起止时间: 2006-12-31 至 2008-12-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/42574496?language=en
• 关键词: Numerische; Modellierung; magnetostriktiver; Wandlerwerkstoffe

Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines gekoppelten Finiten Elementes zur Auslegung magnetostriktiver Energiewandler sowie dessen Einbindung in eine Methodik zur numerisch basierten Auslegung aktiver Struktursysteme. Magnetostriktive Materialien wandeln mechanische in magnetische Energie und umgekehrt und können somit für aktorische und sensorische Zwecke genutzt werden. Sie sind für die Realisierung moderner aktiver, adaptronischer Strukturen bedeutsam, wobei das Eigenschaftsprofil technischer Magnetostriktoren das heutige Lösungsangebot der Adaptronik deutlich erweitern kann. Technische Magnetostriktoren zeichnen sich beispielsweise durch moderate Steifigkeit des Wandlermaterials, thermische Robustheit des Effekts, geringe erforderliche elektrische Steuerspannungen und einfach zu realisierende Steuerelektroniken gegenüber den derzeit stark verbreiteten Piezowandlern aus. Dennoch sind Magnetostriktoren bei adaptronischen Entwicklungen mit kommerzieller Ausrichtung heute kaum berücksichtigt. Ein wichtiger Grund hierfür besteht in den unzureichenden Möglichkeiten der numerischen Modellierung und Simulation magnetostriktiver Komponenten.Als wesentliche neue Aufgabe soll mit diesem Forschungsvorhaben eine vollständig gekoppelte numerische Simulation der magnetisch-mechanischen Energiewandlung realisiert werden, um magnetostriktive Wandler frühzeitig in den Auslegungsprozess adaptronischer Struktursysteme zu integrieren. Der entscheidende Vorteil dieser Vorgehensweise besteht darin, dass sowohl der sensorische als auch der aktorische Effekt modelliert wird. Dadurch wird es möglich, Eingangs- und Ausgangsleistung des Wandlers zu analysieren, somit z.B. die Effizienz eines magnetostriktiven Aktors zu optimieren, die Festigkeit zu beurteilen, Regelungsstrategien zu entwickeln und Steuerungselektroniken zu realisieren. Die Kopplung verschiedener numerischer Verfahren zur effizienten Analyse adaptronischer Gesamtsysteme ist hierbei eine wesentliche Vorraussetzung für eine kommerzielle Nutzung solcher Systeme und somit die Integration der magnetostriktiven Modellierung in einen Gesamtentwurfsprozess eine besondere Herausforderung.Dem Stand der Technik entsprechend und unter Berücksichtigung der Ergebnisse eigener Vorarbeiten soll das Verhalten des magnetostriktiven Wandlermaterials mit der Finite-Elemente-Methode (FEM) beschrieben werden. Im Rahmen dieses Vorhabens liegt der Schwerpunkt auf der Implementierung des magnetostriktiven Finiten Elements. Dies ist notwendig, da zurzeit keine etablierte Software existiert, die alle Module zur Berechnung dieses Mehrfeldproblems bietet. Nach der Elemententwicklung wird die FE-Simulation in eine Entwicklungsumgebung für aktive Systeme integriert und anhand einer Beispielanwendung experimentell verifiziert. Zu diesem Zweck wird ein System zur aktiven Vibrationsdämpfung mittels einer Gesamtsimulation ausgelegt. Bei diesem System handelt es sich um ein so genanntes aktives Interface, welches in der Arbeitsgruppe bereits auf Basis piezokeramischer Wandler entwickelt wurde. Dabei kann gezeigt werden, dass eine integrierte FE-Simulation der mechanischen und magnetischen Komponenten des Aktors entscheidende Vorteile bei der Magnetfluss- und Strukturoptimierung bietet. Dies wiederum wird zu einer Steigerung der Leistungsfähigkeit aktiver Systeme und einer Verkürzung der Entwicklungszyklen führen.

Ziel des Projekts iSt Entwicklung Eines Gekoppelten finiten Elementes Zur Auslegung Magnetostriktiver Energiewandler Sowie Dessen Einbindung eine Methodik Zur Numerisch basierisch basierisch basierisch basierisch basierisch basierisch basierisch basierisch basierisch basierisch basierisch basierischungen auslegung aktiver struktursystursysteme。 Magnetostriktive Materialien wandeln机械工具中的磁性能量和umgekehrt umgekehrtundKönnensomitfürAktorische和Sensorische Zwecke Zwecke genutzt Werden。 Sie SieSindFürDie Realisierung Moderner Aktiver，Adaptronischer Strukturen Bedeutsam，Adaptronischer MagnEtoStriketoneren das Heutige heutigelösungsungsungsangebotder Adaptronik der adaptronik deraptronik deutlich erweitern kann。 The Adaptronischer Magnetostriketoneren sich beispielsweise durch modernate Steifigkeit des Wandlermaterials, thermische Robustheit des Effekts, geringe erforderliche elektrische Steuerspannungen und einfach zu realisierende Steuerelektroniken gegenüber den derzeit Stark Piezowandlern aus。 Dennoch Sind Magnetostriketoren Bei适配器包含世界上的Kommerzieller Ausrichtung Heute。世界上最好的是对失败的人类生活失败的世界。 Alternatives westliche neue Aufgabe soll mit diesem Forschungsvorhaben eine vollständig gekoppelte numerische Simulation der magnetisch-mechanischen Energiewandlung realisiert werden, um magnetostriktive Wandler frühzeitig in den Auslegungsprozess adaptronischer Struktursysteme Zu Intellieren。 der ientscheidende vorteil dieser vorgehensweise besteht darin，dass sowohl der sensorische als auch der aktorische effekt effekt modelliert wird。 Dadurch WirdesMöglich，Eingangs- und Ausgangsleistung des Wandlers Zu Analysieren，Somit Z.B. Die Effizienz Eines MagnetoStriktiven Aktors Zu Optieren，Die Festigkeit Zu Beurteelen，Regelungsstrategien Zu Entwickeln und Steuerungsselektroniken Zuealisieren。 Die Kopplung verschiedener numerischer Verfahren zur effizienten Analyse adaptronischer Gesamtsysteme ist hierbei eine wesentliche Vorraussetzung für eine kommerzielle Nutzung solcher Systeme und somit die Integration der magnetostriktiven Modellierung in einen Im Rahmen dies Vorhabens liegt der Schwerpunkt auf der Inlualierung des Magnetostrike Tigers。 IM Rahmen死于Vorhabens Liegt der Schwerpunkt auf der insunierung des磁质虎。 DIE是诺斯韦迪格（Notwendig），存在Da Zurzeit Keine软件，所有模块都死了，一直到Bietet。 Ene Entwicklung sumgebung fe-simulution中的米色系统汉德斯在Eine Entwicklung SumgebungfürAktiveSystem Integriert and Annandered Einer beispielanwendung实验性verifiziert中。 Zu Diesem Zweck Wild System Zur AktiveEvibrationsdämpfungbittels einer gesamtsimulation ausgelegt。 Bei Diesem System Handels Es Sich um Ein因此，GenAnntens Aktives界面，werches in der arbeitsgruppe bereits auf基础piezokeramischer wandler entwickelt wurde。 Dabei Kann Gezeigt Werden，Dass Eine Integrierte fe-Simulation der Mechanischen und Magnetischen komponenten des aktors des aktors ientscheidende涡流bei der Magnetfluss- und strukturoptimierung bietet。死去Wilderum Wildum Wild Zu Einer Steigerung derLeistungsfähigkeitaktiver Systeme和Einerverkürzungender entwicklungszyklenführen。