基于磁致伸缩效应的纵向导波产生与传播过程研究

针对铁磁性材料中磁致伸缩导波的产生机理,利用有限元软件创建了非线性力磁耦合磁致伸缩有限元模型,分析了非线性铁磁性在外加磁场作用下磁致伸缩力的产生,以及在该力作用下材料中质点的位移情况,实现了基于铁磁性材料非线性力磁耦合本构关系的磁致伸缩导波的产生及传播过程仿真研究.仿真结果表明,当铁磁性管道在由永磁体产生的偏置磁场及通过高频交流电流线圈所产生磁场的共同作用下,管道内质点将受到平行于磁场方向的磁致伸缩力的作用并产生高频振动形成磁致伸缩导波,通过对各质点位移情况分析可以清楚了解到导波的传播及接收过程,并通过实验验证了该仿真研究的可靠性.     

逆磁致伸缩扭矩传感器特性分析

逆磁致伸缩扭矩传感器具有输出功率大、抗干扰能力强、过载性能好、结构简单、使用便捷,并能在恶劣环境下工作以及实现非接触在线测量等特点,已在钢缆索力测量、轴系应力监测等方便得到应用,但基于逆磁致伸缩扭矩传感器的理论分析多限于以磁路原理为依据的公式推导,难以清晰地掌握其内部磁场分布规律,且对传感器灵敏度影响因素分析也比较粗糙。作者采用ANSYS软件对逆磁致伸缩扭矩传感器进行建模仿真,研究激励电压、线圈匝数、磁隙等关键参数对逆磁致伸缩扭矩传感器输出信号的影响规律,并通过设计的扭矩试验台验证仿真结果,研究发现激励电压、线圈匝数、磁隙等参数均有各自合适的取值范围,这为逆磁致伸缩扭矩传感器的开发提供了理论参考。     

超磁致伸缩换能器有限元动态模型的研究

超磁致伸缩材料是在磁场的作用下能产生巨大伸缩变形的一种新型功能材料,它的应用越来越受到研究人员的关注．将超磁致伸缩材料Terfenol-D应用于换能器中,将极大地提高换能器的性能指标．介绍了超磁致伸缩材料研制的换能器的结构,利用有限元方法建立了磁机械耦合动态模型,并推导出换能器的谐振频率表达式,计算与仿真表明所建立的有限元动态模型在忽略涡流影响的条件下能够反映换能器的输入输出关系,此项研究对于超磁致伸缩换能器的控制及实验研究具有重要的指导意义。     

旋转式超磁致伸缩马达最新研究进展

综述了两种旋转式超磁致伸缩马达的工作原理，针对马达中存在的摩擦问题，介绍了日本研究者设计的压电摆线马达的思想，并由此提出超磁致伸缩摆线马达的概念，即利用超磁致伸缩材料在激励磁场作用下产生的伸缩力来推动摆线减速机构旋转输出。     

步行能量采集器中磁致伸缩材料的机-磁耦合特性研究

针对步行能量采集器中磁致伸缩材料的机–磁耦合特性,提出了一种磁致伸缩材料机–磁耦合特性的研究方法,通过观察磁畴角度偏转的规律,研究应力和磁场载荷同时作用下的超磁致伸缩材料的机–磁耦合特性.发现外加磁场增加有利于磁畴的偏转和跃迁,而应力各向异性能不利于超磁致伸缩材料磁化的进行,使超磁致伸缩材料的磁化更加困难.依据以上结论选择最佳的外加磁场和应力的取值,并且计算磁致伸缩材料对外产生的磁化强度,该磁化强度具有更高的效率.     

SDMSA双磁致伸缩线性位移传感器标定实验研究

为获得SDMSA型号的双磁环磁致伸缩线性位移传感器位置量与输出电压的特性关系,在自制的传感器标定的实验台上,对位移传感器测杆产生的激励磁场和双磁环产生的偏置磁场与双磁环间的间距的关系进行了研究,建立了双磁环磁致伸缩位移传感器的输出电压模型.在相同偏执磁场的作用下,探究双磁环间距与输出电压的关系,通过实验进行关系推导.得...     

超磁致伸缩泵流固耦合仿真分析

设计了一种新型超磁致伸缩泵结构,结合其结构特点,建立了超磁致伸缩泵动力学仿真模型,并在MATLAB环境下进行了仿真研究。为了探索流体阻尼对超磁致伸缩泵流场分布的影响,建立了超磁致伸缩泵流场流固耦合仿真模型,并对泵腔高度、进出管位置、进出管直径以及倒角形状进行了仿真分析,得到了流场结构对泵性能的影响规律,为超磁致伸缩泵流场分析提供依据。     

超磁致伸缩执行器的三维非线性动态有限元模型

超磁致伸缩执行器工作时超磁致伸缩材料的磁导率会随着应力变化而变化,并存在磁滞损失和涡流损失等非线性问题,同时磁场、电场、温度场及机械应力场之间存在耦合.建立了超磁致伸缩执行器电场、磁场和机械应力场3场耦合的三维非线性动态有限元模型,考虑了超磁致伸缩执行器Terfenol D棒质量、预压应力、偏置磁场、磁滞和涡流损失.使用Jile-Autherton磁化模型计算磁滞损失,在商业有限元软件FEMLAB中实现了有限元模型.模型仿真结果和实验结果相一致,验证了所建立模型的正确性.     

磁致伸缩驱动器的结构设计与输出特性研究

基于Fe-Ga磁致伸缩材料,设计了一种新型结构的磁致伸缩驱动器.基于材料的磁化模型,应用有限元软件和模态分析技术研究了驱动器的输出特性.研究发现,当对驱动器的2个驱动线圈通入反向电流时,驱动器在径向的谐振频率为1 000 Hz,在谐振频率处的径向输出位移为52 m,轴向输出位移为1.7 m.对磁致伸缩驱动器的2个驱动线圈施加同向电流时,驱动器在轴向的谐振频率为7 808 Hz,在谐振频率处的轴向输出位移为14 m.通过实验研究了磁致伸缩驱动器的输出特性,结果表明实验与仿真计算结果基本一致,证明研制的驱动器具有实用价值.     

单片机在磁致伸缩线性位移传感器中的应用

以磁致伸缩原理为基础,利用单片计算机对位移量进行精确的测量,且可以通过按键校准磁致伸缩线性位移传感器的零位和满量程,并使用单片计算机标准串行口经TTL/485电平转换,输出所测量的位移量数据的方法,使得该类型磁致伸缩线性位移传感器操作简单、互换性好、有效传递测量的数字量数据达1 km以上.     

超磁致伸缩作动器磁路优化设计

为改善磁路环境,提高超磁致伸缩材料(GMM)的工作性能,在分析超磁致伸缩作动器(GMA)工作原理及GMM特性的基础上提出以减小磁漏、增大磁场强度和提高磁场强度均匀性为设计原则,将GMM棒中轴线上的磁场强度作为评价标准.基于ansoft maxwell对磁路进行电磁学有限元分析,得出磁路中的关键部件导磁端盖和导磁片的结构参数对磁场强度大小和均匀性的影响规律,结合高斯磁通理论分析产生这种现象的原因,在此基础上对结构参数进行设计优化.实验结果显示结构参数优化后GMM棒中轴线上的最大磁场强由55.4 k A/m增大到70.35 k A/m,增幅为26.98%,磁场均匀率由44.22%增大到99.5%.研究表明:导磁端盖主要用来减小磁漏、提高磁场强度且过大或过小的直径和厚度都将会导致漏磁增多,U型导磁片主要用来改善磁路环境、提高磁场强度的均匀性.     

Microwave absorbing properties and magnetic properties of different carbon nanotubes

The microwave absorbing properties and magnetic properties of as-grown Fe-filled carbon nanotubes (CNTs), annealed Fe-filled CNTs, and multi-walled CNTs were studied. Vibrating sample magnetometer results showed that the annealed Fe-filled CNTs have the weakest coercivity and strongest saturation magnetization among the three types CNTs, due to the presence of more ferromagnetic α-Fe nanowires. After annealing, the values increased to 291.0 Oe and 28.0 emu/g and the samples showed excellent microwave absorbing properties. The reflection loss was over 5 dB between 11.6 GHz and 18 GHz with a maximum value of 10.8 dB for annealed Fe-filled CNTs (1.1 wt%)/epoxy composite.     

高频驱动超磁致伸缩致动器的磁场设计与分析

针对超磁致伸缩致动器集中于静态与准静态领域的不足,开发设计出一款用于高频驱动的超磁致伸缩致动器。建立完善用于高精度励磁场的轴线磁场强度、三维空间磁场强度的ANSYS模型,完成励磁场均匀度分析,为高频磁场的设计提供理论基础。     

Three-dimension micro magnetic detector based on GMI effect

The giant magneto-impedance(GMI)effect of amorphous wire was analyzed theoretically.The amorphous wire had strong GMI effect in the stimulation of sharp pulse of 680kHz and18 mV.A pulse generator was designed to provide high frequency pulse to a magnetic impedance(MI)element.The induced voltage on the pickup coil wound on the amorphous wire was sampled and held with a detect circuit using analog switch.A stable magnetic sensor was constructed.A three-dimension micro magnetic field detector was designed with a central controller MSP430F449.High stability and sensitivity were obtained in the MI sensor with the detect circuit.Experiment results showed that the resolution of the detector was 1nT in the full scale of±2 Oe and the detector worked stably from the room temperature to about 80℃.A small ferromagnetic target was detected by the three-dimension detector in laboratory environment without magnetic shielding.The target moving direction was ascertained with the wave shape of axis parallel in that direction.     

聚磁参数对直流电磁泵磁场分布影响的数值模拟

直流电磁泵是镁合金铸造过程的重要设备,而电磁铁聚头长度和截面积是影响电磁泵效率的关键参数．作者采用ANSYS软件研究了聚磁头结构对电磁泵聚磁头间隙磁场分布的影响．模拟结果表明,由于聚磁效应,聚磁头结构能有效提高聚磁头间隙处磁感应强度,且随聚磁头长度的增加,磁感应强度分布均匀性有所提高;随着聚磁头截面特征长度的增大,聚磁头间隙处磁感应强度先增大后减小,聚磁头截面特征长度为20-30mm时聚磁效果最佳．研究结果对于深入认识直流电磁泵的磁场特性并对其优化具有理论价值和现实意义．     

基于磁悬浮结构的人体动能采集技术

设计基于磁悬浮结构的电磁能量采集装置,该装置可佩戴于使用者的腕部、肘部和脚踝处,收集人体运动过程中产生的动能. 概述现有的可用于振动能量采集的多种能量采集技术,利用惯性传感器对实验者运动时的关节加速度及角速度进行测量,对磁悬浮结构的非线性能量采集工作原理进行理论分析. 运用有限元工具对振动时结构周边的磁场分布和磁力线变化进行仿真研究,并通过振动实验平台验证装置的共振频率和电压输出范围. 当使用者佩戴该装置进行测试时,装置输出的电压及功率随运动速度的增加而增加,在8 km/h的运动条件下,腕部、肘部和踝部所能俘获的最大瞬时功率分别为0.60、0.30、0.58 mW. 实验结果表明,基于磁悬浮互斥结构的电磁能量采集装置能有效采集人体动能,并为可穿戴传感器等低功耗设备供能.     

静态磁致伸缩测试仪的设计与制作

磁致伸缩材料是重要的能量与信息转换功能材料.对磁致伸缩材料进行研究,最基础也是最关键的工作就是对静态磁致伸缩性能的测量.然而,目前磁致伸缩测试仪器普遍存在体积大、价格高等特点,因此不便推广.采用电阻应变计法,通过对直流磁场、磁致伸缩测量部分和数据采集与显示模块三部分的设计以及测试软件的编写与调试,完成了对静态磁致伸缩测试仪的研制.该仪器测量精度高、操作简单、结构紧凑,可作为材料磁性能测试仪器;同时,该仪器演示清晰、携带方便、成本相对较低,又可以作为演示仪器使用.     

磁种絮凝-磁分离法处理含锌废水的研究

采用磁种絮凝-磁分离方法对模拟某锌盐制造企业的排放废水进行处理,研究了废水pH值对其Zn^2＋去除效果的影响、絮凝剂聚丙烯酰胺（PAM）和磁种（Fe3O4）对氢氧化锌沉淀物沉降性能的影响以及外加磁场对磁种-氢氧化锌絮凝体沉降性能的影响。结果表明,有利于Zn^2＋沉淀的最佳废水pH值为9-12;PAM与磁种同时使用能改善Zn（OH）2的沉降性能;在外加磁场作用下,废水中的磁种-氢氧化锌絮凝体由于受到与重力方向一致的磁力,其沉降速度加快,污泥压缩得更快、更实,上清液中锌的质量浓度降至0.83 mg/L;磁性矾花絮凝体经硫酸溶液或氢氧化钠溶液浸泡后,过滤得到的磁种可循环使用,滤液中的锌可回收利用。