溫度對稀土超磁致伸縮換能器輸出特性的影響研究.pdf

1、隨著科技的進步，對智能材料的研究及其在各個領(lǐng)域的應用引起越來越多的重視。稀土超磁致伸縮材料是智能材料的一種，由于其具有磁致伸縮應變大、能量密度高、工作頻帶寬、響應快、可靠性好以及精度高等優(yōu)異特性，成為制作換能器的理想材料，例如用于無損檢測超聲換能器、致動器、位移驅(qū)動器等。但是，由于超磁致伸縮材料對溫度比較敏感，在實際應用中，溫度對換能器的輸出特性有較大的影響。因此，本文從環(huán)境溫度和換能器內(nèi)部產(chǎn)熱兩個方面，分析其對換能器動態(tài)輸出特性的影響

2、。主要研究內(nèi)容和相關(guān)結(jié)論如下：
　　(1)超磁致伸縮換能器基本特性的分析。利用有限元軟件COMSOL Multiphysics建立換能器的模型，依次進行穩(wěn)態(tài)分析、參數(shù)掃描分析、瞬態(tài)分析。計算結(jié)果表明：增大加載電流，換能器的軸向磁場分布均勻度降低，而輸出位移先增大，之后達到飽和；增大線圈匝數(shù)，磁場均勻度和位移均呈增大趨勢，且位移變化最后也趨近于飽和。
　　(2)環(huán)境溫度對超磁致伸縮換能器輸出特性的影響。利用曲線擬合軟件1stO

3、pt將不同溫度下的磁致伸縮應變曲線，擬合成關(guān)于磁場和應變的函數(shù)關(guān)系，再導入有限元軟件，分析環(huán)境溫度對輸出特性的影響。結(jié)果表明：在室溫20℃條件下，隨著加載時間減小，輸出位移的首波振幅呈先增后減的趨勢，而余振顯著增強，換能器的分辨率降低；在相同的加載時間下，隨著環(huán)境溫度升高，換能器輸出位移的振幅明顯降低，余振和余振差值也呈降低趨勢；經(jīng)過傅立葉轉(zhuǎn)換，可得出換能器的輸出頻率分布比較均勻，工作頻率范圍在7.5kHz之內(nèi)，輸出能量大小隨溫度升高而

4、降低。然后，利用插值函數(shù)的方法導入楊氏模量在不同溫度下的變化規(guī)律，結(jié)果表明：隨環(huán)境溫度升高，振幅下降趨勢更加顯著，余振相對較小且衰減極快，固有頻率有所降低。
　　(3)換能器的磁滯損耗、渦流損耗及線圈產(chǎn)熱所引起的內(nèi)部溫度場對其動態(tài)輸出特性的影響。首先，利用熱應力模塊模擬磁滯損耗、渦流損耗和線圈產(chǎn)熱引起的溫度變化，發(fā)現(xiàn)前兩者引起的溫度升高較為明顯。然后，利用軟件中的PDE模塊建立磁-機械-溫度三場耦合模型，結(jié)果表明：若換能器內(nèi)部溫度