基于磁化机理的超磁致伸缩执行器磁滞模型

通过分析超磁致伸缩材料磁畴在外加磁场作用下的运动规律,建立了超磁致伸缩执行器基于磁化机理的磁滞模型。该模型结合执行器的工作条件,充分考虑了材料的非线性和滞回特性。模型包括磁致伸缩和磁化两个子模型,磁致伸缩模型描述了材料应变λ跟磁化强度M之间的关系;磁化模型描述了有效磁场Heff、无磁滞磁化Man、可逆磁化Mrev、不可逆磁化Mirr、总磁化强度M之间的关系。通过对实验测试结果进行分析,验证了模型能准确描述输入电流I与输出应变λ之间的关系。     

外应力对Terfenol-D棒的应变和磁感应强度的影响

超磁致伸缩材料Terfenol-D是一种新型的功能材料,以Terfenol-D为核心元件设计各种换能器时,磁场H和应力σ是必须考虑的因素.研究了一定偏置磁场下外加压应力对Terfenol-D棒的应变和磁感应强度的影响.首先测试了在一定的偏置磁场下外压应力和应变的关系,结果表明偏置磁场一定时,应变和应力之间的关系复杂,可用磁性材料技术磁化理论来解释.其次又测试了一定偏置磁场下的外加动态应力和磁感应强度的关系,测试结果表明一定的偏置磁场下,外加压应力增加,磁感应强度减小;偏置磁场为5kA/m时,磁感应强度达到最大值.该实验结果可以为基于Terfenol-D的换能器件的设计提供技术支持.     

基于Eshelby等效夹杂理论的Terfenol-D复合材料磁致应变模型

基于Eshelby等效夹杂理论和Mori-Tanaka方法建立了Terfenol-D复合材料中合金颗粒平均应力、扰动应变和复合材料整体平均应变的计算模型，并利用此模型对Terfenol-D复合材料在不同制备工艺条件下的饱和磁致伸缩应变进行了计算。结果表明：Terfenol-D复合材料的饱和磁致伸缩应变随粘结剂含量的增加而呈线性下降，但粘结剂含量不能过少，合适的粘结剂含量应在2.5%-4.0%之间；随复合材料外加预压应力的增大，其饱和磁致伸缩应变增大；实验结果与模拟结果的数据曲线趋势一致。     

磁致伸缩复合材料性能的影响因素分析

首先由退磁场效应分析得到有效磁场强度与外磁场强度的关系,继而根据复合材料细观力学中的Eshelby等效夹杂理论和Mori-Tanaka方法导出了颗粒磁场伸缩应变与复合材料磁致伸缩应变的关系,结合Terfenol-D颗粒磁致应变及弹性模量与有效磁场强度的关系,最终预测了环氧基Terfenol-D复合材料磁致应变及有效弹性模量与外磁场强度的关系,并分析了颗粒含量、形状及基体弹模对复合材料饱和磁致伸缩系数及弹性模量的影响.结果表明,磁致伸缩复合材料的饱和磁致伸缩应变随颗粒含量、纵横比增大而增大,随基体弹模增大而减小;有效弹性模量随颗粒含量、颗粒纵横比、基体弹模的增大而增大;颗粒的纵横比越大、含量越大,复合材料的饱和磁场强度越小,磁致伸缩应变随磁场强度的变化越快;复合材料的有效弹性模量亦随磁场强度的增大而增大,其影响程度在颗粒体积含量和颗粒纵横比较大时尤为显著.     

应力对非晶超磁致伸缩薄膜形变影响的理论计算

分析材料磁化过程中引起磁致伸缩的机理,考虑应力对磁化过程的影响,通过将应力作用等效为磁场,并假设非晶超磁致伸缩薄膜的低场磁化为可逆过程,根据能量最低原理,建立了磁致伸缩薄膜形变与应力之间的关系,给出了表达式.     

铁磁形状记忆合金Ni2MnGa多晶的磁-力学特性

对外加磁场、应力场共同作用下的铁磁形状记忆合金多晶的磁-力学特性进行了实验测试与研究,分别获得了两种组分Ni52Mn27Ga21和Ni54Mn25Ga21多晶样品在不同磁场倾角下、不同预加应力下的磁化曲线和磁滞回线;以及不同外加磁场及磁场倾角下的应力-应变曲线和磁致应变曲线等磁-力学特性曲线.结果表明铁磁形状记忆合金多晶沿样品轴向所测的饱和磁化强度随磁场倾角的增大而减小,施加预应力并不显著影响样品的磁化曲线和磁滞回线;各种角度时不同磁场对两种多晶样品的应力-应变关系影响均很小.     

Terfenol-D颗粒取向对树脂基磁致伸缩复合材料性能的影响

已有的研究表明,在树脂基磁致伸缩复合材料固化过程中,施加一定的磁场使Terfenol-D颗粒沿磁场方向取向排列可以形成伪1-3型复合结构,其静态磁致伸缩性能较颗粒随机取向的0～3型复合材料有一定程度的提高。本文旨在研究颗粒取向对磁致伸缩复合材料其它性能的影响。以Terfenol—D颗粒体积含量为50％的0-3型和1-3型环氧基磁致伸缩复合材料为研究对象,通过实验和计算对比两种材料的动静态磁致伸缩性能、增量磁导率、弹性模量、磁机械耦合系数。结果表明．颗粒取向不仅可以提高树脂基磁致伸缩复合材料的静态磁致伸缩性能和动态磁致伸缩性能,还能略微提高其弹性模量,但会适度降低其磁机械耦合系数。     

超磁致伸缩薄膜难磁化轴方向动态特性研究

磁场驱动频率高是限制超磁致伸缩薄膜器件推广应用的关键因素之一,研究如何降低超磁致伸缩薄膜器件的磁场驱动频率对超磁致伸缩薄膜器件的推广应用将具有重要意义。在深入分析超磁致伸缩薄膜存在各向异性根本原因的基础上,结合薄膜磁致伸缩过程中磁畴的运动机理,提出只要能够克服超磁致伸缩薄膜中存在的退磁场,低磁场驱动频率下就可在难磁化轴方向获得更为优良动态特性的新思路。通过建立超磁致伸缩薄膜难磁化轴实验系统进行实验研究,结果表明通过施加合适的偏置磁场克服退磁场,可以使薄膜在难磁化轴方向产生响应优良的超谐共振,为低频驱动GMF器件的研制提供了一种新的思路。     

弛豫对低场下的薄膜磁致伸缩性能影响模型

基于非晶合金结构微缺陷的Egami模型，本文提出了一个弛豫影响低场下的磁致伸缩性能模型。在此模型中，低磁场下的磁化和磁致伸缩乃是180℃磁畴的壁移磁化过程将被非晶的结构微缺陷所钉扎，而在较高磁场情况下，不产生磁致伸缩的壁移磁化过程被启动。退火过程将发生非晶相的结构弛豫，使非晶相内由结构缺陷产生的应力降低，从而导致低磁场下的磁致伸缩得以提高。此模型可以很好地解释各工艺状态的Tb0.27Dy0.73Fe2薄膜低场下的磁致伸缩行为。     

超磁致伸缩执行器应力耦合磁化模型及求逆算法

超磁致伸缩执行器在其工作过程中易受环境影响,尤其在精密定位与进给应用中,执行器最易受外部应力的影响.将工作在压应力影响下的超磁致伸缩执行器作为研究对象,引用均质能量场模型和磁机耦合理论,利用磁机耦合理论中求取的平均磁化强度作为均质能量场模型中的磁滞算子,并引入应力对均质能量场模型中矫顽场密度函数及交互场密度函数的影响,提出了超磁致伸缩执行器应力耦合磁化模型.对模型进行了离散化处理,并根据离散模型给出了求逆算法.对执行器在受0、10、20、100MPa压应力下进行了仿真,计算且图示了求逆算法与模型的误差,仿真结果证明了模型和求逆算法的有效性.     

压电/磁致伸缩/环氧树脂层合复合材料的磁电效应及其频响特性

磁电复合材料在磁-电能量转换等领域具有重要的潜在应用价值, 研究磁电复合材料在较高频率下的磁电耦合特性对于实际应用具有重要意义。本文中以0-3型的Terfenol-D(Tb_0.30Dy_0.70Fe₂)/环氧树脂复合材料为磁致伸缩层, 以PZT 压电陶瓷为压电层, 制备了三明治结构的层合磁电复合材料。研究了Terfenol-D/环氧树脂复合材料层的磁致伸缩性质, 并对所制备的层合磁电复合材料磁通密度、 介电常数以及磁电电压系数等随频率和偏磁场的变化规律进行了系统研究。结果表明, 由于Terfenol-D/环氧树脂复合材料的引入, 层合磁电复合材料呈现出良好的频率响应特性, 可靠工作范围大大拓宽。层合磁电复合材料具有优良的动态磁电耦合性能, 在优化偏磁场630 Oe和共振频率69.6kHz下的磁电效应高达21.2 V/cmOe。此外, 层合磁电复合材料的磁电效应随偏磁场的变化发生明显变化, 并存在优化偏磁场。对上述现象和结果进行了详细讨论, 并给出了层合磁电复合材料的磁电耦合机制。      

无源自适应磁流变阻尼器的磁场设计与研究

针对常规的磁流变阻尼器需要外加线圈,对能源具有依赖性、体积庞大、结构复杂的问题,设计了无源自适应磁流变阻尼器的磁场结构.该磁路由永磁体提供磁场,利用超磁致伸缩逆效应,把阻尼器受到的负载力的变化转化为超磁致伸缩材料相对磁导率的变化,进而使磁流变液处的磁场发生变化.利用磁场有限元方法验证了磁路的正确性.应用该磁路结构到阻尼...     

日本NIMS发现超磁致伸缩效应的机理

日本物质材料研究机构（NIMS）传感材料研究中心的任晓兵研究小组称,他们已搞清楚了“超磁致伸缩效应”的机理。所谓超磁致伸缩效应,即对某种强磁性材料施加磁场后,其尺寸会发生变化,而施加外力后会产生磁场。这一研究成果可促进低成本超磁致伸缩材料的开发。     

弛豫对低场下的薄膜磁致伸缩性能影响模型

基于非晶合金结构微缺陷的Egami模型 ,本文提出了一个弛豫影响低场下的磁致伸缩性能模型。在此模型中 ,低磁场下的磁化和磁致伸缩乃是 180°磁畴旋转的结果 ,而 180°磁畴的壁移磁化过程将被非晶的结构微缺陷所钉扎 ,而在较高磁场情况下 ,不产生磁致伸缩的壁移磁化过程被启动。退火过程将发生非晶相的结构弛豫 ,使非晶相内由结构缺陷产生的应力降低 ,从而导致低磁场下的磁致伸缩得以提高。此模型可以很好地解释各工艺状态的Tb0 .2 7Dy0 .73 Fe2 薄膜低场下的磁致伸缩行为     

21世纪战略性功能材料：—超磁致伸缩合金

一、超磁致伸缩合金材料的发展及 产业现状 磁致伸缩指材料尺寸伸长（或缩短）随外加磁场成比例变化。磁致伸缩的大小以相对伸缩l=DL/L来表示,l被称为磁致伸缩系数。超磁致伸缩合金（TbxDy1-xFe2-y）是近期迅速发展起来的高技术新型功能材料,其磁致伸缩系数l最高可达到2400ppm。而传统的磁致伸缩材料的l均很小,在几～几十ppm;随后发现的电致伸缩材料其l也只在100～600ppm。 1971年美国海军表面武器实验室A.E.Clark博士等人开始寻找在室温下仍具有大磁致伸缩的材料,发现TbFe2、DyFe2、SmFe2等具有高于室温的居里     

超声作用下树脂基磁致伸缩复合材料的制备及其性能

树脂基磁致伸缩复合材料是由Terfenol-D颗粒分散在树脂基体内形成的一类复合材料,颗粒的分散均匀性以及颗粒与基体界面的粘结紧密性是影响其性能的两个重要因素.由于颗粒与基体润湿性差,机械搅拌制备的磁致伸缩复合材料,普遍存在分散不均,孔隙率高等缺点.高强度超声在液态树脂中传播时,会产生空化、声流等非线性声学效应,对促进颗粒分散和改善固液界面具有一定的作用.以环氧树脂为基体,分别采用机械搅拌法和高能超声法制备了Terfenol-D颗粒体积含量为50%的树脂基磁致伸缩复合材料.对两种材料进行了SEM分析及力学和磁致伸缩性能测试.实验结果表明,较之机械搅拌法,超声分散法制得的磁致伸缩复合材料具有颗粒分散均匀,孔隙率低,颗粒与基体的界面结合性好,弹性模量高,磁致伸缩应变大等优点.     

Terfenol-D棒磁致伸缩特性及可加工性能研究

Terfenol-D中磁致伸缩应变与磁场强度关系的非线性,影响了磁致伸缩控制元件的精度和稳定性。拟采用轴向开槽的方式降低Terfenol-D棒由于涡流损耗产生的热致变形。但是由于材料本身的物理特性,Terfenol-D棒体加工难度很大。为对Terfenol-D材料的加工性能进行研究,选用了线切割和精密磨削两种方式对Terfenol-D棒进行开槽处理,结果表明线切割后加工表面虽然有一定的剥落凹坑产生,但对棒体的磁致伸缩特性影响较小。Terfenol-D棒开槽前后伸缩量测试结果表明在棒体表面开4轴向槽可以降低材料的涡流损耗,提高输出位移-磁场强度关系的线性度。     

基于新型鼓包法测试NiFe2O4薄膜的力磁性能

为表征NiFe_2O_4(NFO)薄膜材料的力磁性能,利用自主研发的新型多场耦合鼓包测试系统和发展的铁磁材料鼓包力磁本构方程,采用溶胶-凝胶法和化学腐蚀法制备了NFO薄膜鼓包样品,并在不同力磁条件下研究了NFO薄膜力磁耦合性能。结果表明,在外加磁场为0Oe时,NFO薄膜弹性模量和残余应力分别为187.8GPa和500.8 MPa。随着外加磁场的增大,NFO薄膜弹性模量由0Oe时的187.8GPa逐渐增大到800Oe时的484.6GPa;磁致伸缩系数由200Oe时的-94.2×10~(-6)增大到800Oe时的-326.2×10~(-6)。当鼓包油压由0kPa增大到50kPa时,NFO薄膜剩余磁化强度降低75%,矫顽磁场降低44%。     

摆式隔振器中基于智能材料的微应变驱动

为实现对摆式隔/减振系统摆线长度的微应变控制,继而为摆式隔振系统隔振一体化奠定基础,基于超磁致伸缩材料(GMM)设计了复合石英摆线.该复合摆线将GMM的磁致伸缩应变转换成轴向应力施加于摆丝上,使摆丝发生轴向形变.提出了磁控溅射镀膜与复合粘贴两种制备复合摆线的方法,并对比分析了复合石英摆线在磁场作用下的应变机理和应变特性...     

La_(0.64)Ca_(0.28)Sr_(0.02)MnO_3材料的磁热性能

用溶胶-凝胶法制备了空位掺杂的La0.64Ca0.28Sr0.02MnO3材料样品,从结构,磁化曲线,磁相变等方面研究分析其具有大磁熵变的原因。在外加磁场1 T时,该样品磁熵变|ΔSM|达到3.01 J/(kg.K),居里温度TC为264 K。该样品低磁场下在室温附近有较强的制冷力,可作为良好的室温磁制冷材料。