超磁致伸縮薄膜的力學特性以及實驗研究.pdf

1、超磁致伸縮薄膜(GMF)是近年來興起的一種新型的功能材料，其能量密度高、動態(tài)響應特性好、易于微型化和集成化的特點，使其成為微執(zhí)行器驅動元件的理想材料之一。目前，針對GMF的制備方法以及磁機耦合的基本理論研究比較深入，而面向應用的靜/動態(tài)特性、諧振特性以及力學特性等方面的研究十分有限，限制了其器件的設計應用。因此，本文以服務GMF器件的開發(fā)為目的，從理論和實驗兩個方面進行了研究。
　　 利用非線性規(guī)劃方法綜合考慮磁場的功率系數(shù)，結

2、構關系以及磁場強度要求對設計問題進行求解，設計了一種大功率高均勻度的組合驅動線圈，采用MALAB對所設計線圈的直流和交流驅動特性進行了分析計算，采用ANSYS對所設計線圈產生的磁場分布特性進行了仿真計算。
　　 在單層GMF磁致伸縮系數(shù)求解關系的基礎上，通過對正負復合GMF的變形機理進行合理的假設，采用數(shù)學推導的方法得出了正負復合GMF的磁致伸縮系數(shù)求解公式；將這一方法進行推廣又得到了多層復合GMF的磁致伸縮系數(shù)求解公式；根據(jù)材

3、料力學和振動力學的基本原理方法，利用當量寬度法推導得出了GMF懸臂梁力學參數(shù)的近似求解公式；利用給出的公式對實驗中使用的Cu基單層GMF、Cu基正負復合GMF以及聚酰亞胺基正負復合GMF懸臂梁的參數(shù)進行了求解計算；將這些參數(shù)代入到GMF懸臂梁共振頻率以及超諧共振頻率的求解方程中，得到了GMF懸臂梁共振頻率的計算值。
　　 對易磁化軸取向GMF懸臂梁的靜動態(tài)特性進行了基本的實驗研究；探索性地對難磁化軸取向GMF懸臂梁的動態(tài)特性進行

4、了系統(tǒng)的實驗研究：首先探討了偏執(zhí)磁場大小對難磁化軸取向GMF共振特性的影響，繼而研究了在最佳偏執(zhí)磁場作用下難磁化軸取向GMF的主共振以及各階超諧共振的振動特性，最后簡單探討了最佳偏執(zhí)磁場大小與GMF懸臂梁尺寸之間的關系。
　　 上述研究表明，所設計的組合線圈具有很好的均勻度，在100mm范圍內的徑向均勻度可以達到5‰，完全滿足GMF的驅動需求；推導得出的復合GMF磁致伸縮系數(shù)的求解方法反映了材料特性、薄膜尺寸與變形量之間的關系，