铁磁材料磁化涡旋在应变作用下的响应

磁化涡旋是微米/亚微米铁磁材料中一种常见的磁畴结构,由于它可以被用于高密度的磁性存储设备中,近年来受到了人们的广泛关注。本文基于随时间变化的Ginzburg-Landau方程,采用实空间下的相场模型研究了铁磁材料中磁化涡旋的力磁耦合行为,探讨了铁磁纳米圆柱体中自发磁化涡旋形态以及该结构在沿圆柱体轴向应变作用下的响应行为。结果表明,沿圆柱体轴向的应变对面内磁化分量的幅值和分布影响十分微弱,但对垂直于圆柱体表面磁化分量的影响却十分明显,具体表现为平面外磁化分量的幅值将随着拉应变的增大而增大,又会伴随压应变的增大而减小。随着平面外磁化分量的增加,则更容易探测到该磁化涡旋的极性情况,从而有利于实验观察和实际应用。     

铁磁材料磁化涡旋在应变作用下的响应简

磁化涡旋是微米/亚微米铁磁材料中一种常见的磁畴结构，由于它可以被用于高密度的磁性存储设备中，近年来受到了人们的广泛关注。本文基于随时间变化的Ginzburg-Landau方程，采用实空间下的相场模型研究了铁磁材料中磁化涡旋的力磁耦合行为，探讨了铁磁纳米圆柱体中自发磁化涡旋形态以及该结构在沿圆柱体轴向应变作用下的响应行为。结果表明，沿圆柱体轴向的应变对面内磁化分量的幅值和分布影响十分微弱，但对垂直于圆柱体表面磁化分量的影响却十分明显，具体表现为平面外磁化分量的幅值将随着拉应变的增大而增大，又会伴随压应变的增大而减小。随着平面外磁化分量的增加，则更容易探测到该磁化涡旋的极性情况，从而有利于实验观察和实际应用。     

铁磁钢材应力致磁各向异性定量检测特性研究

为研究铁磁材料的应力致磁各向异性的物理表现及其对应力的定量检测特性,搭建了交流磁化/检测实验装置.在单向加载条件下,对铁磁Q195平板试件施加了不同程度的弹性应力.并在保持每个弹性应力方向及大小不变前提下,施加了不同方向的不饱和交流外磁场,检测了其交流磁化曲线.通过对实验数据的频谱分析、磁滞回线的获取及磁特征参数的提取,分析和讨论了铁磁材料应力致磁各向异性定量特性、磁各向异性特征参数与应力的定量关系.研究结果表明:应力导致了铁磁Q195钢材表现出了磁各向异性特性;应力致磁各向异性磁特征参数随着应力增大而近似于线性增大,可以通过提取对应的参数进而求取对应的应力.研究结果对系统探究铁磁材料的应力致磁各向异性定量特性具有一定参考价值.     

铁磁材料动态磁性的计算机辅助测量与研究

绝大多数铁磁材料都用于动态磁化条件下工作的磁性器件,其动态磁性能是磁性器件好坏的关键.由于磁性材料的磁化过程很复杂,影响磁性材料磁化特性的因素又很多,在多数场合无法用解析方法来定量描述磁化过程的规律,只能通过实验来测定.本文利用微机辅助测量技术来研究磁滞回线的动态磁化过程,分析在不同的初始磁场强度下的磁滞回线,并从理论上进行了深入的讨论.     

机械变速器换档的接合过程建模及特性分析

接合套和接合齿圈的接合过程是影响机械变速器换档品质的关键阶段。针对在接合过程中,当接合套和接合齿圈在齿端倒角处接触时碰撞发生,其相对速度会发生突变,相应的耦合关系及动力学方程也会发生改变的现象,为了得到机械变速器整个接合过程的精确数学模型和特性,运用多体动力学理论和混杂系统方法建立了描述接合过程的混杂自动机模型。在该模型中,用3个微分方程组描述接合过程中接合套和接合齿圈在不同耦合关系下的动力学特性;引入泊松恢复系数,建立了4个差分方程组描述碰撞过程接合齿圈转速、接合套轴向运动速度和转速产生的突变。基于该混杂自动机模型,在MATLAB环境下进行了仿真分析,得到了接合过程中接合套和接合齿圈的轨迹、接合时间和最大冲击,分析了换档力、接合套相对接合齿圈的初始转速和位置对接合性能(时间和最大冲击)的影响。研究结果表明:接合套和接合齿圈的相对位置对接合时间和冲击有显著影响;当接合套和接合齿圈的转速差在一定范围内时,接合时间较短,过大的转速差则会使接合时间呈指数上升;接合套和接合齿圈的转速差越大,冲击越大;增大换档力可缩短接合时间,但会增大冲击。在设计机械式自动变速器的控制系统时,应根据机械变速器换档过程的特性,选取最佳的换档力、相对转速、相对位置作为控制参数,进而缩短动力中断时间,减小换档冲击。     

铁磁试件的力-磁效应分析和相关参数估算

为了有效地表征铁磁材料力-磁效应的磁化规律,对Langevin定律进行了修正.采用了一种新的技术处理方法,引入了有效场因子a、磁畴同向取向阻尼因子γ、磁畴场常数β、磁致伸缩与磁化强度关联系数b等基本概念,并估算了这些量数值的大小和基本的变化规律.分析了力-磁效应的基本特征,从定性和定量的角度估算了应力对试件磁化的影响.在这种模型中,说明地磁场对力-磁效应的产生具有不可缺少的作用.     

不可逆回热式磁Brayton循环制冷性能的理论及数值研究

基于统计理论推导的铁磁材料的磁热参数,建立了不可逆回热式磁Brayton循环数学模型.对于顺磁材料作工质的情形,获得了循环放热量QH、制冷量QC、回热量及性能系数δCOP的表达式的解析解.以铁磁材料钆作工质为例,数值研究了循环室温区的制冷性能,考察了归一化温度α、回热不平衡量QR及磁化过程不可逆度η对循环有效制冷量Qeff,C及δCOP的影响,并获得了不同外部磁场H1条件下循环最大温跨δT,max.数值结果显示:Qeff,C随α的增加而增加;当α≥0.6或QR≥0时,循环均能获得良好的制冷性能;磁化过程的不可逆因素会使得δCOP迅速下降.     

磁晶各向异性的高次项对纳米材料的磁滞回线的影响

在一般的磁滞回线计算中,磁晶各向异性能的高次项被忽略.运用一致转动的模型,在外磁场与易轴方向分别平行和垂直的情况下,通过分析磁晶各向异性能的四次方项对铁磁材料磁化过程的影响,得到磁滞回线的形状随磁晶各向异性能四次方和二次方项常数的比值λ的不同而发生变化,并给出不同λ时的矫顽力解析公式.结果对铁磁和铁电材料都适用.     

应用计算机测量铁磁材料的动态磁参数

介绍了应用计算机对反映铁磁材料动态磁化过程的主要特征进行实时记录的方法,并给出直接测量饱和磁感应强度、剩磁和矫顽力等动态磁参数的应用实例.实验证明,该方法不仅可以再现铁磁材料的磁化规律,而且测量更便捷、结果更直观、精度更高,为铁磁材料动态磁参数的实时测量提供了一条有效、快捷的途径.     

反铁磁耦合纳米体系磁特性的微磁学研究

采用微磁学方法研究了磁层间反铁磁耦合强度对SyAF纳米体系磁特性的影响.当SyAF纳米体系上、下磁层间的反铁磁耦合强度不同时,SyAF纳米体系具有两种不同类型的磁滞回线.当磁层间反铁磁耦合强度较小时,体系的矫顽力随反铁磁耦合强度的增大而增大,反磁化机制为反磁化核的形成与传播的反转过程.而当磁层间反铁耦合强度较大时(0.2×10-3J.m-2),体系的矫顽力基本不随反铁磁耦合强度变化,并且在剩磁态为稳定的单畴结构,反磁化机制为类一致反转过程.这类SyAF纳米体系更适合于作为磁信息器件中自旋阀的自由层.     

液力自动变速器换挡过程动力学分析

提出了液力自动变速器换挡过程动力学模型 ,建立了液力自动变速器各换挡阶段的微分方程 ,探讨了升挡和降挡过程变速器各元件的运动和输出力矩的变化情况 ,明确了液力自动变速器换挡接合元件的搭接控制原则 .     

铝合金拼焊板盒形件拉深中压边力分析及优化

利用焊缝模型、单元类型、材料的本构关系,建立铝合金拼焊板盒形件拉深成形有限元模型.以有限元数值模拟为主要方法分析了压边力对拼焊板拉深成形质量的影响、焊缝的移动规律和焊缝附近金属的变形情况;针对不等厚拼焊板的成形特点,采用薄、厚测不同压边力对成形过程进行优化.研究结果表明,压边力对拼焊板拉伸成形中焊缝及附近区域变形有明显影响,采用不同压边力技术能够在一定程度上提高拼焊板盒形拉深件成形质量.     

磁晶各向异性对反铁磁耦合纳米体系磁特性的影响

采用微磁学方法研究了磁性层的磁晶各向异性对反铁磁耦合三层纳米体系磁特性的影响.结果表明:随着磁性层磁晶各向异性的增大,反铁磁耦合三层纳米体系具有4种不同类型的磁滞回线,上、下磁性层的反转场逐渐减小,而饱和场先减小后增大.当磁晶各向异性较小时,反磁化过程为反磁化核的形成与传播过程;当磁晶各向异性很大时,反磁化过程为先形成多畴微磁结构,再逐渐反转的过程.     

兰姆波的电磁超声磁致伸缩式激励及其特性

研究了采用电磁超声探头在铁磁材料中激励兰姆波的换能结构和机理模型,磁致伸缩机制是在弱磁化状态下影响换能效率的主导机制,而Lorentz力和磁性力机制在此情况下的作用相对要小得多.对模型进行数值分析后得到,声波产生的幅度受磁致伸缩应变系数和磁导率的共同影响,并且随提离距离的增大而减小.实验结果也进一步验证了理论预测的准确性     

铁磁流体驱油试验

铁磁流体作为一种可控的新型功能材料,当存在外磁场时将在铁磁流体中产生磁场力并影响其在多孔介质中的流动。通过试验手段首次研究铁磁流体驱油问题。首先,结合二维单相平板试验结果验证磁场力表达式及将磁场力作为一种彻体力的形式引入运动方程的正确性;其次,制作二维非均质及裂缝性填砂平板物理模型,在此基础上分别利用铁磁流体和水作为驱替液进行驱油试验,并对比两者驱油开发效果。结果表明:利用磁铁施加外磁场可以在铁磁流体中产生磁场力,磁场力可以控制铁磁流体在多孔介质中的流动,控制并改变铁磁流体驱替路径,克服由于非均质性等因素造成的驱替波及范围小、原油动用程度低的问题,扩大波及范围,提高采收率。     

改进的Preisach-DOK模型

Preisach-DOK模型将磁化过程分解为可逆磁化和不可逆磁化2部分.改进的DOK模型中体系的磁化强度是由不可逆磁化强度与可逆磁化强度按照一定的比例叠加而成的,利用体系的各种磁化率模拟磁性材料的磁化过程.通过模拟2个样品的翻转曲线,并与实验结果对比结果表明,对于一种材料,拟合出的一套参数基本上可以反映不同的磁化过程.     

基于力磁耦合效应的金属磁记忆仿真研究

为研究铁磁材料早期损伤和金属磁记忆信号之间的相互关系,结合力磁耦合模型与磁偶极子模型分析了铁磁材料磁导率变化与外加载荷之间的关系,并采用ANSYS Workbench有限元仿真软件中的静力学与静磁学模块对45号钢试件进行了地磁场下的力磁耦合仿真,得到了不同拉伸应力下试件漏磁场强度的变化规律及法向分量B(y)梯度值K的分布规律;研究表明:应力集中区的磁记忆信号随应力呈规律性增加,为金属磁记忆检测技术在铁磁材料应力集中区的检测提供了参考依据。     

外应力对铁磁/反铁磁体系初始磁化状态和磁化行为的影响

采用能量极小原理和数学解析推导,我们得出了铁磁/反铁磁体系由单稳态过渡到双稳态时的临界应力与外应力方向之间的函数表达式.这个表达式可以帮助我们根据体系的物理参数来判断体系处于单稳态还是双稳态,有助于我们分析体系的磁化反转和交换偏置行为.此外,我们也分析了体系处于双稳态时,外应力对铁磁/反铁磁体系磁化行为的影响,推导出了磁滞回线中转换场满足的物理方程,有关结论有助于我们利用数学解析方法分析交换偏置中的应力问题.     

一维反铁磁海森堡系统的磁化强度

利用数值密度矩阵重正化群方法研究了一维反铁磁海森堡系统的磁化曲线,分析了不同阻挫时的磁化特性,着重描述了磁化曲线中出现的中场尖奇点,并分析其产生机理.     

钢结构磁性无损检测理论与应用研究

当钢材等铁磁材料受到外部荷载作用时,在它的内部将产生内力,即产生应力σ,从而使铁磁材料磁化时的磁导率发生相应变化。本文根据铁磁材料的这一独特性能,针对大跨钢结构等缺陷敏感结构的主要受力和变形特点,利用磁化的应力敏感性,研究并提出了一种铁磁构件在简单应力状态下的磁导率变化与其应力变化关系的数学模型,得出了构件应力与其磁导率之间的线性相关关系,建立了大跨钢结构等缺陷敏感结构安全状况磁性无损检测的基本理论和工程应用方法,为保证这类结构的安全性提供了一定的依据。