超磁致伸缩材料内部磁场与涡流损耗理论分析

在对纵向激励磁场中超磁致伸缩材料进行分析的基础上,利用Maxwell's方程建立了用Bessel函数描述的超磁致伸缩材料内部磁场分布函数,由Bessel函数解析方法确立了超磁致伸缩材料内部磁场Kelvin表达式.通过对材料内部磁场分布的定性分析,得出内部磁场具有典型滞回特性.利用磁能理论对材料内部涡流损耗进行了初步理论分析,得出由Kelvin函数表示的材料内部涡流损耗表达式.并对激励频率、电导率、材料半径等因素对涡流损耗的影响进行了初步讨论,为超磁致伸缩材料参数的选取奠定了基础.     

考虑介电常数影响的GMA内部磁场特性分析

以Maxwell’s方程为基础,结合超磁致伸缩材料压磁方程,建立了考虑介电常数、预压应力等参数的超磁致伸缩材料内部磁场径向分布模型,并对其进行了理论分析和数值仿真.讨论了介电常数、预压应力、激励频率等参数对材料内部磁场分布及滞回特性的影响.结果表明,超磁致伸缩材料径向内部磁场分布具有明显的集肤效应和滞回特性;受电导率与介电常数共同影响,材料的磁场分布出现了双峰现象;沿磁致伸缩材料半径增大方向,外激励磁场与材料内部磁场的滞回特性逐渐减弱,磁场损耗随之降低;随着预压应力的增大,材料内部的集肤效应逐渐减小.     

超磁致伸缩执行器驱动磁场理论分析与实验研究

在分析超磁致伸缩材料的驱动原理和超磁致伸缩执行器结构的基础上,重点对执行器内部的驱动磁场进行了理论分析和实验研究,得出了超磁致伸缩执行器驱动电流与超磁致伸缩棒的驱动磁场之间存在一定的非线性和滞回的结论。并分析了其产生原因,为进一步提高超磁致伸缩搪行器的性能奠定了基础。     

三相电力变压器振动噪声的多物理场研究

根据变压器振动产生机理,在时变电磁场及结构力学方程的基础上,使用COMSOL建立物理模型,从多场耦合的角度,对一台三相三柱式电力变压器在空载和负载条件下其磁场分布、铁芯磁致伸缩应力、应变及绕组洛伦兹力分别进行计算。计算结果给出的图像形象验证了空载和轻载时磁致伸缩是铁芯振动的主要原因,满载和过载情况下绕组洛伦兹力对变压器振动的贡献不能忽视,为后续的如何降振、降噪的研究提供了借鉴。     

基于超磁致伸缩材料的驱动器设计及磁场仿真

基于超磁致伸缩材料的工作原理,设计了具有微位移可控特性的驱动器。为了探究驱动器内部磁场设计的合理性以及超磁致伸缩驱动器的磁感应强度与激励电流之间的关系,应用ANSYS有限元分析软件对超磁致伸缩驱动器的内部磁场进行仿真。研究结果表明,超磁致伸缩驱动器磁场设计合理;随着电流的增大,超磁致伸缩材料中的磁感应强度也随之增加并且磁感应强度逐渐趋于饱和。     

超磁致伸缩力传感器及其实验研究

基于磁致伸缩逆效应原理,以超磁致伸缩棒为敏感元件研究了一种具有高灵敏度的新型超磁致伸缩力传感器,通过集成在结构内部的霍尔传感器测量磁通密度来实现静态力的测量.同时,为了提高传感器的测量灵敏度,提出了一种安装在霍尔传感器周围的不锈钢钢环的特殊结构.给出了超磁致伸缩力传感器的测量原理和设计过程,并通过实验研究确定了偏置磁场、预紧力和超磁致伸缩棒的尺寸等因素对传感器输出特性的影响规律,分别得到了传感器工作的最佳偏置磁场和预紧力,为超磁致伸缩力传感器的深入研究和精确控制提供了一种技术途径.     

磁性材料在正弦电磁场中振动的数学模型

将电磁场理论与弹性力学理论相结合，建立了描述正弦变电磁场中磁性材料振动的数学模型。首先，介绍电磁场理论中基于虚功原理导出的磁场力的一般数学表达式；随后基于电力设备中磁性材料的物理和几何特点给出其力学模型，基于电力设备磁路的对称性给出其磁场力简化数学模型；将上述两种模型相结合导出描述正弦交变电磁场诱发磁性材料振动的数学模型。这些数学模型的建立为定性和定量分析大型电力变压器铁心及其他电力设备磁路由于磁性材料中存在涡流而产生的振动和噪声奠定了基础。     

GMF双层膜几何非线性变形模型及实验研究

超磁致伸缩薄膜(GMF)在磁致伸缩效应下的变形具有明显的几何非线性特征,应用几何线性理论描述GMF的应力应变及本构关系存在较大误差.结合几何非线性弹性理论,并将磁致伸缩效应等效为GMF上体积力作用下的变形效应,建立了GMF双层膜的几何非线性变形模型,推导出了GMF在磁场作用下的挠曲线方程.用泰勒级数法求得了挠曲线模型的数值解,采用悬臂梁式超磁致伸缩双层膜(TbDyFe-Polyimide(PI)-SmFe和TbDyFe-Cu-SmFe)对模型进行了实验验证,结果表明,所提出的几何非线性挠曲线模型与实验结果具有较好的一致性.     

磁场计算中的等效磁荷法

本文从单个磁偶极矩产生的磁场,引出等效体磁荷密度和面磁荷密度的概念,进而分析了应用这些磁荷模拟磁质磁化场、永磁体磁场和载流线圈磁场的可能性,从而为电磁场的数值计算提供了数学模型。     

磁致伸缩导波激励端偏置磁场的等效方法

从磁致伸缩效应的基本原理出发,研究磁致伸缩换能效率与偏置磁场的对应关系,得到了换能效率的评价方法和用于评价永久磁铁及直流磁化线圈磁化效果的等效方法.该方法由永久磁化器和直流线圈同时提供方向相反的偏置磁场,通过调节线圈的电流,得到磁致伸缩换能效率与电流之间的关系;再利用换能效率仅与偏置磁场的大小有关而与偏置磁场的方向无关的对称特性,确定叠加偏置磁场的平衡点即叠加磁场强度为零的点,从而得到永久磁化器和直流线圈的等效关系.最后通过实验对等效关系进行了验证.     

铁磁金属纳米点接触的磁电阻

分析和比较了运用不同制作方法制作的铁磁金属纳米点接触样品的弹道磁电阻现象,探讨了由于磁致伸缩或微磁力等机械因素引起的力致电阻效应对纳米点接触样品电阻的变化所产生的影响,在实验中得出了样品在磁场作用下所观察到的大比例的弹道磁电阻效应可能与力致电阻效应相关.     

无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生机理研究

在介绍无轴承永磁同步电机径向悬浮力产生原理基础上，推导了无轴承永磁同步电机径向悬浮力数学模型；用有限元分析和计算方法，讨论了无轴承永磁同步电机在定子绕组相应等效电流作用的情况下，改变径向悬浮力绕组中电流、电机气隙磁路分布状况，并且在考虑磁路饱和及非线性情况下，计算了电机径向悬浮力与绕组中电流之间的非线性关系．研究结果对电机的优化设计及如何获得最大径向悬浮力提供了理论依据．     

低频脉冲磁场处理Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶合金的磁致伸缩

用低频脉冲磁场处理Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶合金试样,用透射电镜分析处理后样品的结构,用自制磁致伸缩测量仪测定处理前后样品的磁致伸缩系数。结果表明,低频脉冲磁场处理后的非晶合金Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9发生了纳米晶化,处理后非晶合金的磁致伸缩系数比原始样品减小很多,使非晶合金的软磁性能得到改善。     

磁致伸缩效应在疲劳寿命预测中的应用

根据磁致伸缩效应和受力变形中磁的各向异性特征,利用特殊研制的磁探测器和信号处理系统,研究材料疲劳过程中磁信号变化的特点,在一定程度时,观察的疲劳磁信号出现突变,该突变点与材料疲劳过程中一定的塑性变形量相对应。将此方法加以系统和标准化后,可对工程应用中的材料和构件的疲劳寿命进行动态预测。     

Fe－（Cu－Nb）－Si－B纳米晶合金的磁致伸缩

采用适当的热处理工艺将不同成分的Ｆｅ－（Ｃｕ－Ｎｂ）－Ｓｉ－Ｂ非晶态合金制备成纳米晶合金，测试了纳米晶合金的磁致伸缩，并与相应成分的非晶合金做了比较．实验结果表明，纳米晶合金的饱和磁致伸缩均小于非晶合金，较小的磁波伸缩并不是产生优异软磁性能的主要原因．     

湍流态下浮选矿化速率数学模型

根据湍流态下矿粒、气泡的运动情况,引用分子运动理论及胶粒凝并理论,综合考虑流体动力及表面力的作用,建立了矿粒与气泡碰撞矿化的浮选速率数学模型。经纯矿物浮选试验验证,表明所建立的数学模型合理可靠。     

Co66Fe4Mo2Si16B12结构与磁性能的研究

采用铁芯测试仪测得合金样品的初始磁导率随温度的变化曲线,定出居里温度;用磁化强度小角旋转法测量非晶及晶化合金条带的饱和磁致伸缩系数λs;研究了不同温度退火后Co66Fe4Mo2Si16B12合金的磁性.结果表明:Co66Fe4Mo2Si16B12合金经退火后非晶相和剩余非晶相的居里温度随退火温度升高而提高;Co66Fe4Mo2Si16B12合金经高于500℃退火后磁性能变坏,是饱和磁致伸缩系数变大所致.     

超磁致伸缩作动器的磁路优化设计与有限元分析

超磁致伸缩作动器(giant magnetostrictive actuator,简称GMA)是一种新型的振动控制驱动器件,但由于其内部磁路复杂,GMA内部磁路中磁感应强度的大小和均匀性会严重影响作动器的工作性能。为解决上述问题,基于静态条件下线性磁致伸缩理论和电磁学原理,采用有限元软件ANSYS对GMA建立有限元模型,系统性地研究了激励线圈、导磁体和导磁内壁所用材料的参数等对磁感应强度的影响。同时,提出以GMM棒中减小磁漏、增大磁感应强度和提高磁感应强度的均匀性为设计原则,将超磁致伸缩棒轴向中心线处磁感应强度的大小和均匀度作为评价标准。对开闭磁路、激励线圈的轴向长度、材料的磁导率、空气间隙和导磁体的半径等参数进行优化设计。研究结果表明,当采用闭合磁路时,磁感应强度的大小和均匀度均得到了很大的提高;并通过磁路优化后,磁感应强的大小增大了0.1 T,均匀度提升了10.27%。     

非晶FeNiSiB合金系的磁导率减落

测量了(Fe_xNi_(1-x))_(76)Si_8B_(16)非晶合金的磁导率减落、比磁化强度和线磁致伸缩。发现在较低温度下,减落随Fe含量减少单调下降,而在较高的温度,则观察到一个减落峰。表明合金成分对减落的影响是由于结构缺陷与磁化强度的磁致伸缩耦合的结果。减落随温度的变化是原子方向有序和应力松弛的综合效应。