超磁致伸縮換能器多場(chǎng)耦合非線性模型及其數(shù)值分析.pdf

1、超磁致伸縮換能器是一種基于超磁致伸縮材料將電磁能轉(zhuǎn)化成機(jī)械能的電磁裝置。大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，超磁致伸縮換能器在正常工作狀態(tài)下的輸出特性隨磁場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)、溫度場(chǎng)的多場(chǎng)耦合作用而明顯變化。因此，建立超磁致伸縮材料和換能器的多物理場(chǎng)耦合非線性模型具有實(shí)際意義。
　　首先，本文通過(guò)對(duì)幾種經(jīng)典的磁致伸縮材料的對(duì)比和分析，選取Terfenol-D棒為超磁致伸縮換能器的核心元件?；跓崃W(xué)理論，著重考慮溫度效應(yīng)對(duì)于材料特性的影響，建立了能表征磁致伸

2、縮材料自身磁－機(jī)－熱多場(chǎng)耦合特性的非線性應(yīng)變模型，并進(jìn)一步分析溫度效應(yīng)對(duì)材料磁致伸縮應(yīng)變和材料整體應(yīng)變的影響。
　　然后，基于磁－機(jī)－熱多場(chǎng)耦合磁致伸縮材料非線性應(yīng)變模型，從能量守恒原理出發(fā)，考慮釘扎損耗、渦流損耗和附加損耗的影響，分析飽和磁化強(qiáng)度、可逆系數(shù)、釘扎系數(shù)在溫度效應(yīng)下的變化，建立了與頻率相關(guān)的磁化強(qiáng)度方程，通過(guò)牛頓迭代法求得磁化強(qiáng)度的值，從而求得磁致伸縮材料層次的輸出應(yīng)變，并對(duì)磁致伸縮材料多場(chǎng)耦合動(dòng)態(tài)磁滯行為進(jìn)行分析，

3、為建立換能器系統(tǒng)層次模型提供了基礎(chǔ)。
　　最后，基于建立的超磁致伸縮材料層次輸出應(yīng)變模型，考慮換能器振動(dòng)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模型和相應(yīng)的邊界條件，從一維振動(dòng)角度出發(fā)，采用有限元分析方法，構(gòu)造出包含矩陣向量的二階暫態(tài)動(dòng)力學(xué)方程，推導(dǎo)出質(zhì)量矩陣、剛度矩陣、阻尼矩陣和激勵(lì)矢量的表達(dá)式，從而建立了反映材料和器件雙層次多場(chǎng)耦合作用的超磁致伸縮換能器模型。為了驗(yàn)證所建立模型的正確性和有效性，利用編程軟件對(duì)換能器的輸出應(yīng)變進(jìn)行了數(shù)值計(jì)算，模型的計(jì)算結(jié)果