超磁致伸縮材料在換能器中的應(yīng)用研究.pdf

1、稀土超磁致伸縮材料（GMM）是近年來發(fā)展起來的一種新型功能材料，具有磁致伸縮應(yīng)變大、磁機(jī)耦合系數(shù)高、響應(yīng)速度快、能量密度高等優(yōu)異特性，已在機(jī)電領(lǐng)域顯示出良好的應(yīng)用前景。本論文以這種新型的功能材料為基礎(chǔ)，以基于該類材料的換能器為研究對(duì)象，在超磁致伸縮材料Terfenol-D的工作特性，超磁致伸縮換能器的設(shè)計(jì)與數(shù)值分析等方面進(jìn)行了較為深入與系統(tǒng)的研究，從而為超磁致伸縮換能器的深入研究提供了依據(jù)，同時(shí)也為超磁致伸縮器件的設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

2、 本文在以下幾方面開展了研究工作： 從磁致伸縮現(xiàn)象及其應(yīng)用機(jī)理入手，較為系統(tǒng)地對(duì)超磁致伸縮材料的“跳躍”效應(yīng)、 E效應(yīng)、溫度效應(yīng)、倍頻效應(yīng)、渦流效應(yīng)等特性進(jìn)行了分析與闡述，為高效、合理地應(yīng)用超磁致伸縮材料奠定了理論基礎(chǔ)。簡(jiǎn)述了超磁致伸縮材料的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀與發(fā)展歷史。 綜述了超磁致伸縮換能器的應(yīng)用研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢(shì)及目前存在的主要問題。 根據(jù)稀土超磁致伸縮材料的工作特性，結(jié)合超磁致伸縮換能器設(shè)計(jì)的幾個(gè)關(guān)鍵問

3、題，給出了設(shè)計(jì)的超磁致伸縮換能器的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖，介紹了其工作原理，并提出了超磁致伸縮換能器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法，其中包括線圈骨架的設(shè)計(jì)、激勵(lì)線圈的設(shè)計(jì)、偏置磁場(chǎng)的設(shè)計(jì)、磁路設(shè)計(jì)、預(yù)壓力的設(shè)計(jì)及輻射板的設(shè)計(jì)。 簡(jiǎn)要介紹了有限元法及其軟件，以及與本課題相關(guān)的有限元理論。使用ANSYS軟件對(duì)設(shè)計(jì)的超磁致伸縮換能器采用壓電-壓磁比擬法進(jìn)行了有限元分析，并得出了超磁致伸縮換能器工作時(shí)，Terfenol-D棒在磁-機(jī)耦合場(chǎng)作用下，超磁致伸縮棒內(nèi)部的徑

4、向應(yīng)力、應(yīng)變分布規(guī)律，這對(duì)換能器的整體性能研究都具有重要參考意義。分析還表明：Terfenol-D棒的縱向位移與軸向磁場(chǎng)的頻率相同，說明通過施加偏置磁場(chǎng)確實(shí)消除了倍頻效應(yīng)的影響。此外，還采用溫度應(yīng)力-磁致伸縮應(yīng)力類比法對(duì)超磁致伸縮換能器進(jìn)行了有限元分析，所得Terfenol-D棒的上端的中心節(jié)點(diǎn)的縱向位移值與實(shí)驗(yàn)測(cè)試值比較接近，從而表明該方法是可行的，開辟了ANSYS軟件求解磁致伸縮問題的新思路。 最后概括了全文的主要研究成果，