寇勇[1]2012年在《铁磁介质结构若干磁弹性问题的理论与实验研究》文中研究说明铁磁材料广泛应用于国民经济的各个部门,其力学响应行为涉及变形场和磁场的相互耦合问题,直接关系到各类现代高新装置设备的性能指标和可靠运行。本论文针对铁磁介质结构的磁弹性行为进行了理论和实验研究。基于连续介质理论针对一个在电磁场中运动的可变形连续固体进行了描述,将铁磁颗粒增强聚合物整体看作为一个可磁化的高弹性体,研究了材料的磁弹性行为,并给出材料应力与外磁场的依赖关系。同时根据材料细观组分的单独力学行为以及它们的相互作用对该磁弹性特征予以验证。在此基础上加入了聚合物粘弹性行为的影响建立了一个铁磁颗粒增强聚合物的磁弹性本构模型。模型在静态、动态加载下的预测结果与实验测量数据均十分吻合。相对于已有模型,本文模型可以在同一组参数下描述不同磁场下的力-位移以及应力-应变回线,并可较为准确地刻画聚合物的力-磁耦合行为。定量分析了在不同磁场区域内材料本构关系的非线性程度以及剪切模量的磁场敏感性；讨论了动态加载下应力-应变回线的洄滞特性；揭示了应力-应变回线及剪切模量随外磁场与加载频率的变化规律。在上文连续介质力学、电磁学方程的基础上展开了对于变形场和磁场耦合问题处理方法的讨论,分析了不同解耦方法对于铁磁介质结构内部及附近磁场分布的影响,针对铁磁板在横向磁场下的磁弹性变形问题讨论了有限元数值迭代以及摄动技术在描述磁场分布方面的区别,以及这些差异对铁磁结构受力分析的影响。研究表明摄动方法只能分析铁磁弹性介质由于变形而引起的磁场分布变化,不能考虑介质磁化对附近磁场的改变;即使采用相同的磁力模型,有限元方法和摄动方法计算出的磁场分布不同也会进一步导致磁力分布不一样。揭示了两种方法在预测铁磁悬臂板磁弹性屈曲这一经典磁弹性耦合问题上存在差异的原因。给出的有限元模型可以退化到铁磁刚性结构情况,并选取磁屏蔽这一实际问题验证了模型的有效性,为屏蔽装置的设计提供了选型依据。在经典磁弹性振动问题研究的基础上,分析讨论了铁磁悬臂板正负磁刚度现象的临界角度范围,采用上文连续介质理论建立了与磁场相关的铁磁板共振频率的解析模型,并通过与实验结果的对比验证了模型的有效性,证明铁磁介质的非线性磁化行为是使铁磁板共振频率随着磁场的增大呈现饱和趋势的原因。模型可以很好的刻画出不同角度磁场下共振频率的变化规律,预测的临界角度与实验测量的角度范围吻合,揭示了临界角度与铁磁板长厚比之间的关系。针对铁磁圆柱壳的磁弹性变形行为展开了实验研究,测量了圆柱壳在横向磁场下的环向应变,发现随着外磁场增大,环向应变与外磁场的“B2关系”失效,表明薄壳的磁弹性变形行为在高场与低场下具有不同的变化规律。对软铁磁圆柱薄壳进行了较为全面的磁弹性变形实验研究,揭示了不同大小、方向的磁场,试件的厚径比以及不同的约束条件对铁磁薄壳磁弹性变形规律的影响。研究表明,外磁场的大小仅改变壳体的环向应变大小,而对应变的分布状态并没有明显影响；而磁场的倾斜角度以及试件的厚径比对圆柱薄壳环向应变的大小以及分布均有影响；端部的约束条件对整个壳体的环向变形有显着的影响,完全固定的边界条件不仅会使环向应变减小,而且会抑制应变随磁场增大的饱和趋势。综上,通过本文的研究工作,加深了对于铁磁介质结构中的磁场分布、铁磁薄壳的磁弹性变形规律以及铁磁薄板磁弹性共振现象的认识,完善了铁磁结构磁弹性力学行为的理论和实验的研究,分析了新型铁磁材料——铁磁颗粒增强聚合物的力-磁耦合行为,对已有实验结果做出了较为合理的解释。研究结果为铁磁材料及结构在实际工程中的应用提供了必要的理论依据。
冯雪[2]2002年在《铁磁材料本构关系的理论和实验研究》文中提出铁磁材料在现代科学技术中得到广泛的应用,随着材料科学的发展,它已成为一种重要的智能材料。本文系统的研究了铁磁材料的力磁耦合行为,分别提出了细观和宏观本构模型。主要进行了以下方面的工作: 1.从细观力学的基本问题入手,分别用Green函数方法和等效夹杂方法推导了铁磁夹杂的基本解,并证明这两种方法是一致的。基于能量等效框架,得到一般压磁材料有效磁弹模量通解。通过双夹杂方法将超磁致伸缩复合材料中的力磁场解耦,成功预测了超磁致伸缩复合材料的等效弹性模量和等效饱和磁致伸缩,与现有其他模型比较最接近实验值。 2.自行设计和搭建了力磁耦合测量设备,并编写软件实现测量过程自动化。分别对金属软磁材料—Ni6和电解镍,超磁致伸缩材料—Terfenol-D,以及铁磁相变材料—NiMnGa单晶,进行了全面的力磁耦合实验,得到不同应力状态下磁滞回线,磁致伸缩曲线,不同磁场强度下应力应变曲线等特征曲线。利用磁畴理论,解释了实验现象。 3.基于磁畴理论,根据超磁致伸缩材料Terfenol-D的实验现象和磁畴旋转模型,发展了磁畴翻转模型。以Gibbs自由能作为磁畴翻转的判据。通过引入取向分布函数,可得到系统的宏观本构关系。 4.宏观上,铁磁材料的响应与加载历史相关,存在能量耗散,与经典塑性理论类比,基于热力学框架,发展了两类唯象本构模型:(1)类比于J2流动理论,将剩余应变和剩余磁化强度作为内变量,引入力磁耦合屈服面,推导出基于流动理论的唯象本构;(2)根据Karafillis-Boyce的多晶各向异性塑性理论,提出具有一般意义的非二次方的力磁耦合屈服面,使之适合于各向异性材料。其中,各向异性包括磁各向异性和弹塑性各向异性。利用特殊的线性变换,将各向异性等价为各向同性处理,从而使该模型可以统一处理各向同性材料和各向异性材料。通过实验测量出Terfenol-D的力磁耦合屈服面,由Helmholtz自由能函数给出演化方程,从而构成完整的叁维本构模型。理论计算结果很好的符合实验数据。
王天忠[3]2012年在《超磁致伸缩材料多场耦合的非线性时变本构理论及其若干应用》文中认为超磁致伸缩材料(GMM)是21世纪一种极具战略性的新型智能材料,它具有输出应变(或应力)大、机电转换效率高、能量密度大、响应速度快等许多优异性能,在现代高新技术领域(例如换能器、磁电(ME)复合材料)中有着十分广泛的用途,受到学术界、工业界尤其是国防研究中的高度重视。然而,大量的实验研究结果表明超磁致伸缩材料表现出非线性的磁-弹-热耦合特性和频率相关的磁滞特性。此外,在材料的具体应用中,还会涉及到材料与器件构形变化间的耦合相互作用。以上两个层次的多重强非线性耦合相互作用严重制约了以超磁致伸缩材料为核心元件的众多智能器件的性能表征、优化设计和具体使用。为此,本文针对超磁致伸缩材料本构关系的定量描述及其在换能器与磁电复合材料中的具体应用进行了系统、深入的理论与数值仿真研究。首先,基于热力学理论和能量守恒原理,分别建立了超磁致伸缩材料磁-弹-热耦合的磁致伸缩模型和频率相关的磁化模型。继而通过有效磁场将材料的磁致伸缩模型和磁化模型耦合起来构成了超磁致伸缩材料多场耦合的非线性时变本构模型。该模型保留了磁致伸缩模型和磁化模型的优点,可全面、有效地刻画实验观测到的材料固有的磁-弹-热耦合行为和频率相关的磁滞行为,同时有效解决了磁滞回线在拐点处的负磁化率问题,从而为超磁致伸缩材料的性能表征及其在智能器件中的进一步应用提供了完善的本构理论。其次,以超磁致伸缩材料多场耦合的非线性时变本构模型为基础,结合换能器的结构动力学原理及力学与位移边界条件,建立了研究超磁致伸缩换能器复杂系统的耦合理论框架——超磁致伸缩换能器多场耦合的非线性时变动力模型。通过数值算例强调了非线性时变动力模型建立过程中同时考虑材料层次和器件层次的耦合相互作用的重要性和必要性,显示了新建的非线性时变动力模型在全面描述无偏和有偏加载情形下超磁致伸缩换能器的多场耦合行为和静、动态磁滞行为方面的准确性和有效性。以上研究内容为超磁致伸缩换能器的性能表征、优化设计及其进一步在主动振动控制中的应用提供了有效的理论分析方法。最后,针对层状磁电复合材料复杂的磁-弹-电耦合问题,建立了一新的既包含线性耦合相互作用又包含非线性耦合相互作用的理论框架。通过与实验测量结果和线性理论框架的定量、定性比较,充分证明了新建的非线性理论框架在层状磁电复合材料的性能表征、优化设计方面的准确性和便利性,指出了理论研究中考虑磁致伸缩相非线性的磁-弹耦合特性的重要性和必要性。以上研究内容为基于Terfenol-D的层状磁电复合材料的性能表征、优化设计及其进一步在致动器和传感器中的应用提供了基本的理论指导。总之,通过本文的研究,初步显示了力学方法在研究多重耦合强非线性复杂系统方面的广阔前景与潜在优势,补充和完善了现有超磁致伸缩材料本构理论研究方面的不足,为超磁致伸缩换能器和基于Terfenol-D的层状磁电复合材料的性能表征、优化设计及其具体使用奠定了理论基础。
郁国良[4]2018年在《基于磁致伸缩/压电层状复合材料的磁电效应研究》文中进行了进一步梳理磁致伸缩/压电层状复合材料具有显着的磁电效应,能够实现磁场能与电场能量之间的互相转换,可以应用于微波、传感、存储以及自旋领域等。对磁电复合材料的实验研究集中在如何提高磁电系数、设计高灵敏磁场传感器方面和电场调控磁性能等方面,而理论研究旨在建立准确的模型分析磁致伸缩材料和压电材料之间的应变耦合关系,并研究和预测其他外部因素对磁电转换能力的影响等。本论文以磁致伸缩/压电层状复合材料为研究对象,对磁电效应的非线性磁-力-电多场耦合关系、非对称层状磁电复合材料的弯曲振动和平面伸缩耦合工作模式、纳米磁电复合薄膜材料的表面效应和尺寸效应、基于逆磁电效应的电场驱动非易失性磁化翻转和周期性磁化振荡、探索LTCC技术和流延工艺制备层状磁电复合陶瓷材料等方面进行了研究。具体研究内容如下:首先,采用完整描述磁致伸缩材料中复杂磁-力耦合特点的非线性本构关系,结合等效电路法,针对层状磁电复合材料建立了非线性磁电效应理论模型。通过该理论模型所得到的预测结果与实验测试结果吻合良好,证实模型的有效性。预测了偏置磁场和预应力共同作用下的静态和谐振状态的磁电效应,结果表明:选择适当的预应力可以提高磁电效应,同时降低最优偏置磁场。其次,在渐近理论的基础上,针对非对称多层磁电复合材料,建立了厚度弯曲和长度伸缩耦合模式的磁电效应理论分析模型。通过该耦合模型预测得到的磁电系数与实验结果较好吻合,证实模型的有效性。研究了组分材料的基本参数和弹性层厚度对耦合模式的磁电系数和谐振频率的影响,结果表明:含有弹性层的磁电复合材料,磁电系数与压电体积分数和弹性层厚度比之间的关系较为复杂;存在一定的弹性层厚度使得磁电系数提高;谐振频率随着弹性层厚度的增加而增加。接着,针对含有弹性层的磁电复合薄膜材料,基于扩展的Gurtin-Murdoch(GM)理论,采用弹性力学法,引入描述磁致伸缩材料和压电材料的表面磁致伸缩效应和表面压电效应,建立了新型的薄膜磁电效应理论模型,并研究了表面效应、偏置磁场和弹性层厚度等对磁电效应的影响。结果表明:表面层特征长度与基体厚度的厚度比越大,表面效应也越明显;表面效应可以提高磁电系数;当表面特征长度与基体厚度比足够小时,结构上接近宏观尺度,此时可以忽略表面效应。然后,为了揭示在磁电复合材料中磁性材料的磁化状态随所施加电压的演变过程,将微磁相关理论和有限元方法结合建立了磁电复合材料的多场耦合有限元模型。结合磁性材料单元形状各向异性和磁电效应,探讨了电场调控磁化翻转的物理机制,理论上设计了一种磁电复合结构。有限元模拟结果表明:磁性纳米单元在两对脉冲电压的作用下实现了单向、非易失性180°磁化翻转。在直流脉冲电压可诱导磁化翻转的基础上,提出交流电压可驱动磁化振荡的目标,理论上设计了基于磁电复合材料的电场驱动磁化振荡结构。结果表明:电压驱动磁化振荡的频率与所施加的交流电压频率相同,稳定磁化振荡的线宽相比于磁场驱动的振荡要小。最后,对基于LTCC技术和流延成型工艺制备层状磁电复合陶瓷材料进行初步研究,同时将本论文中提出的磁电效应模型用于分析复合陶瓷的磁电耦合机理,与实验测试结果的对比证实了本论文中提出的非线性磁电效应模型适合用于研究各种以应变为媒介的层状磁电材料。总之,本论文采用理论推导、数值计算、有限元模拟和实验性探讨等办法,研究了层状磁电复合材料中磁-力-电多场耦合关系,探索了磁电效应的基本变化规律。这些研究内容,一方面不仅进一步完善了层状磁电复合材料的磁电效应理论模型,同时也为基于磁电复合材料进行设计、优化磁电传感器、电场调控磁性器件和自旋电子器件等提供了重要的基础指导。
周浩淼[5]2007年在《铁磁材料非线性磁弹性耦合理论及其在超磁致伸缩智能材料中的应用》文中进行了进一步梳理随着现代高新技术领域的发展，铁磁材料在现代工业中的地位也越来越重要。比如说，电力系统中用于生产、输送、分配电能的电机(发电机、变压器等)中都有大量的铁磁材料。在这些设备中存在着一系列相当复杂的问题，发电机和变压器的振动和噪声问题就是其中之一。工程人员对电机的研究分析表明，电机的振动和噪声一个主要的原因是由于其铁芯振动所导致，因此电磁场诱发铁芯这类铁磁材料的复杂力学变形和运动是铁芯振动的本质。在通电状态下铁芯中将分布正弦交变的电磁场，在该电磁场作用下，铁芯铁磁材料上将会产生电磁力，这是振动和噪声产生的一个原因；然而，研究人员发现仅仅考虑电磁力是不够的，它无法解释交变电磁场下振动响应所具有的倍频现象，为此考虑铁芯硅钢片在电磁场下的磁致伸缩效应成为一个研究热点。由此可见如何建立一种表征电磁场下包含磁力和磁致伸缩效用的铁磁介质变形模式成为探究电机电磁振动和噪声机理的一个关键问题。基于上述原因，本文展开了复杂电磁场下铁磁介质非线性磁弹性耦合问题的研究。首先，本文研究的是局部耦合理论，即非线性力磁耦合磁致伸缩本构关系的研究。为了更好地描述铁磁材料复杂的磁致伸缩本构行为，本文提出了一个非线性本构模型，其主要特点是能够较好地反映磁致伸缩应变曲线和磁化曲线随预应力(或残余应力)的变化，与实验结果的比较证实它能够比已有模型更精确、更全面地刻画铁磁材料在磁性、磁弹性(磁致伸缩和逆磁致伸缩)和弹性方面的非线性力-磁耦合行为(包括饱和现象、应力敏感性以及△E效应等)；并且对该本构模型进行适当的退化，其对于新兴的超磁致伸缩智能材料也是适合的。其次，我们研究的是全局耦合理论，即磁力和构型变化的研究。由磁能对位移的变分我们得到了一个磁力的表述，该表述与已有能同时描述两类典型实验的周又和、郑晓静教授给出的磁力表述是一致的。从连续介质力学的角度，将全局耦合理论与局部耦合理论结合其它力学和磁学的普遍方程，我们给出了一个非线性磁弹性耦合理论框架。该理论框架既能用于定性分析又能保证较高计算精度的定量计算，对于铁磁材料在复杂外磁场下的变形研究有着重要的意义。同时，该理论框架适当的简化之后可用于对超磁致伸缩材料在应用中的力磁变形分析。在新建立的非线性磁弹性耦合理论框架下，本文给出了其在超磁致伸缩智能材料和结构中的应用研究。这包括超磁致伸缩棒型致动器和嵌入超磁致伸缩层的层状致动器(超磁致伸缩层合智能梁)。数值模拟结果表明采用非线性磁弹性耦合理论所建立的振动控制模型与已有的采用线性本构所建立的振动控制模型相比具有不可比拟的优越性。总之，本文针对铁磁材料在外磁场作用下的非线性磁弹性力学问题建立了完善的耦合理论框架。该理论框架对于铁磁材料在外磁场下的变形无论是定性分析还是定量计算都具有可行性，并且对新型功能材料——超磁致伸缩材料的力磁耦合理论分析和数值计算也是十分重要的。通过本文的研究，初步显示了力学方法在铁磁材料非线性磁弹性耦合研究方面的广阔前景，为更加深入地研究铁磁材料力-电-磁-热多场耦合问题奠定了一定的基础。
李长云, 郝爱东, 娄禹[6]2018年在《直流偏磁条件下电力变压器振动特性研究进展》文中研究指明基于电力系统中直流偏磁成因及变压器振动机制的分析,结合演绎铁磁材料本构关系的基础理论,从磁畴理论、现象学理论、热力学关系及弹性力学4个角度对磁致伸缩的建模机理与存在的问题进行了分析。在此基础上,对发生直流偏磁时磁致伸缩的现有计算模型进行对比,并讨论了发生直流偏磁时的硅钢片实验与变压器现场测试等研究中的不足,继而探析变压器振动的实验研究中直流电源的引入方式。综合分析现有研究进展后指出,为了给评估变压器承受直流偏磁能力与指导变压器的设计等提供参考,亟需研究直流偏磁时铁磁材料的磁化特性与磁致伸缩的模型这2个科学问题。
张茹[7]2014年在《基于磁弹效应和磁电层合材料的在役钢结构应力监测研究》文中指出随着社会经济的高速发展和人类科学技术的不断进步,空间结构的研究和应用愈来愈广泛。其中,空间钢结构被广泛应用于各类工业厂房、大型体育场馆、机场候机楼等基础设施中,有些甚至是关系到国计民生的社会公共建筑或标志性工程。这类结构不仅受力和构造比较复杂,而且在服役期内经常要受到各种自然或人为因素的影响,其结构构件的内力和变形可能超出设计值,健康状况发生恶化,使整个结构的正常和安全使用受到威胁。构件应力水平是决定结构安全的最重要因素之一。对在役钢结构进行实际应力的实时在线无损监测已成为一项迫切而重要的科学与工程任务,具有重要的社会意义和现实意义。本文首先概述了在役钢结构的应力监测的现状及各种应力检测方法。针对现有方法的不足,基于普通钢结构材料所具有的磁弹效应,利用新型的智能磁电层合材料,提出了一种新型的磁电磁弹(EME)应力传感器。从理论分析、模型仿真、系统设计、实验室实验、工程应用等方面深入研究了利用EME应力传感器进行在役钢结构的应力无损监测技术。主要研究内容如下：(1)依据铁磁学基础理论探讨了应力对钢结构材料的磁化及磁畴结构的影响,利用应力对钢结构材料磁特性的影响关系,给出了磁弹效应的基本理论模型。在介绍智能磁电层合材料的发展、应用及工作原理的基础上,将其加工制作成智能磁电传感元件,并进行了性能测试实验。在此基础上,提出了EME应力传感器的概念和基本工作原理,并结合理论计算进行了EME应力传感器的结构设计,包括励磁源的选择与设计、励磁电流的设计、励磁磁场的模拟计算及其它部分设计。(2)建立了EME应力传感器的仿真计算模型。仿真模型考虑了钢结构材料的磁弹耦合特性和磁电层合材料的磁电耦合效应,利用ANSYS有限元软件分析了空间磁场分布,实现了弹—磁—电的转换。基于改进的Jiles-Atherton模型,推导并求解了磁力微分方程组,得到了不同应力作用下的磁滞回线,及在某定磁场作用下的应力—磁化强度的关系曲线。利用场路耦合分析方法得到了脉冲激励检测信号的特征,根据特征进一步完善传感器的设计。基于磁电材料的等效电路法,对磁电层合材料的磁电转换效应进行了探讨,结合磁致／压电／磁致(MPM)结构的磁电层合材料在磁性材料沿长度方向上振动、压电材料沿横向极化的模式(L-T模式)下工作的计算方法,计算了磁电电压转换效应。结合实际算例,总结了整个EME应力传感器系统模型的建立步骤。(3)建立了一套基于LabVIEW平台的应力监测系统,通过LabVIEW编制的虚拟仪器(Ⅵ)对实际测试过程进行操控。针对工程中常用的圆形截面构件(如预应力钢筋、钢棒和钢缆索等),对不同材料、不同直径的钢构件进行了EME应力传感器的设计和应力(力)测试实验。实验结果证明EME应力监测技术适用于各种大、小型构件,不仅适用于纯钢材料,对于钢与其它材料组合的混合材料结构也有很大的应用潜力。实验中进行了信号的详细分析及物理机理探索。总结了EME应力传感器及其监测技术的优点,如与被测构件无机械接触,精度高,响应快,测量结果稳定可靠,不需要了解构件的受力历史便能实现对应力绝对值的监测,制作安装方便,环境耐受能力强,预估使用寿命较长等。(4)将EME应力传感器及其监测系统应用到浙江省台州椒江二桥的斜拉索索力监测的工程中,进行了钢缆索的索厂标定实验和现场的索力校核实验。(5)总结了钢结构材料磁特性的主要影响因素,并通过实验对材料的内部结构和温度影响因素进行了研究。分别利用光学显微镜和磁力显微镜(MFM)进行了钢结构材料的金相组织与磁畴结构观察实验；利用振动样品磁强计(VSM)进行了磁特性测量实验,结合技术磁化的规律得到了实验钢结构材料的磁化阶段的特征参数；详细分析了温度对监测系统的测量精度影响,基于分子场理论,探讨了温度对铁磁材料磁弹特性的影响机理,进行了钢结构材料的磁特性随温度变化的研究实验,得到了在不同温度下镀锌高强钢丝的初始磁化曲线和磁滞回线,及其磁特性参数对温度变化的灵敏度。最后,针对传感器实际应用可能存在的不利环境因素,提出了改善EME应力传感器及监测系统的电磁兼容性(EMC)的措施。
王威[8]2005年在《钢结构磁力耦合应力检测基本理论及应用技术研究》文中指出本文从一个新的角度,即以铁磁材料的磁特性和应力耦合关系为核心,研究钢结构构件应力检测问题,目的在于解决钢结构磁力耦合应力检测所涉及的基本原理、理论依据、磁力学模型、应用技术、实现的关键技术等问题,从而把这种“磁”法检测技术应用到钢结构工程的应力检测中来。研究得到以下结论: (1) 依据铁磁学基础理论分析了应力对磁畴及磁畴壁的影响机理,指出了应力的存在改变了磁畴的结构,引起了畴壁的移动和磁畴磁矩的转动,使得畴壁能以及畴壁厚度发生了改变,从而使铁磁材料的磁特性发生了改变,其技术磁比曲线在不同应力下呈现出不同的特征。通过测试铁磁材料磁特性的变化,可以测出构件的应力。指明了实施土木建筑钢结构应力检测的关键在于解决应力对钢构件磁参量的影响关系,即建立钢结构材料磁力效应本构关系。 (2) 对钢结构材料磁力学模型进行研究,提出了钢结构拉压杆磁力耦合本构关系表达式,该本构关系揭示了钢结构受力构件的磁性变化与应力之间的函数关系,可反映磁力特性的传递函数关系。 (3) 在磁力耦合场隋况下提出了耦合参数A,该参数考虑了力磁耦合作用,并在试验的基础上,采用正交试验的数值回归分析方法,得到了耦合场参数经验公式。显着性分析表明,应力对耦合参数A的影响比外磁场大,这对钢结构拉压杆磁力耦合本构关系的简化与应用非常有意义。 (4) 针对建筑钢结构中常用的Q235钢拉压杆试件进行了磁力耦合试验研究,寻找出了应力对Q235钢磁滞回线影响的变化规律,建立了不同外磁场下Q235钢拉压杆应力与磁导率关系试验结果图。确定出了最佳的测试激励外磁场区间。Q235钢拉压杆的磁导率受应力和外磁场两个参数变化的影响,根据试验数据结果,采用正交试验的数值回归分析方法,得到了磁导率随应力和外磁场两个变量的双参数回归计算公式,由该回归公式的计算结果,建立了磁导率随应力和外磁场变化而变化的叁维对应关系图。显着性分析表明,外磁场变化对磁导率的影响比应力大。计算结果与试验结果吻合较好。 (5) 使用理论建立的本构关系,代入耦合场参数,得到了不同外磁场和不同应力下的H-B关系模型,用ANSYS有限元程序进行计算。通过设定跑道型线圈,设定线圈匝数,由线圈通电流产生磁场,钢杆件置于感生磁场中被磁化加载的计算方法,得到了不同外磁场和不同应力条件下的磁导率计算结果。分析了不同的线圈匝数产生的外磁场的大小,计算表明在试件条件下线圈8000匝时的感生磁场已经容纳了最佳的测试外磁场区间。分析比较表明,理论计算、试验结果与有限元计算得到的应力对磁导率影响的变化规律一致,数据符合较好,说明采用这种有限元计算的方法是可行的。在确定本构关系的条件下,采用这种模拟计算方法,计算结果可
王峥[9]2011年在《磁致伸缩直线位移传感器弹性波机理研究》文中研究表明磁致伸缩直线位移传感器是一种利用磁致伸缩效应及逆磁致伸缩效应实现位移测量的传感器。国内外该种传感器的研究大多集中于材料制备、基础材料理论、系统集成等方面,而对磁致伸缩直线位移传感器的基础理论研究尚处于起步阶段。本研究通过对电磁学、力学、磁固体力学、信号学、计算机仿真、数值分析、计算机控制等多学科相关知识进行综合应用,研究传感器中弹性波的产生机理；在非线性耦合理论框架下,利用有限元分析手段,解决多场耦合作用下的非线性问题；通过数值分析手段,结合实验研究,获得磁致伸缩线材上的磁场分布特性,建立激励源分布场与弹性波信号波形之间的关系。针对影响传感器性能的易磁化方向、固支波、磁致伸缩材料结构等问题进行理论研究和实验验证。研究对于提高传感器性能指标具有积极的意义。论文第一章介绍磁致伸缩直线位移传感器的研究背景,对比了国内外研究现状和研究热点,论述了本课题的研究内容和研究意义。论文第二章介绍与磁致伸缩直线位移传感器相关的基础理论知识和基本概念,对磁致伸缩直线位移传感器弹性波机理研究的问题进行了闸述,构建了弹性波相关理论模型,建立了激励磁场分布特性与磁致伸缩分布特性、应力场分布特性之间的关系。论文第叁章对磁致伸缩直线位移传感器的关键部件,以及影响传感器的相关技术参量进行实验测试和相关理论的讨论。研究对激励源激励方式进行理论分析和实验测试；并通过计算机仿真及数值计算方法,获得线材内部的磁场分布数据；对检测系统的振荡现象进行分析讨论,对所采集信号进行了频谱分析,给出所采集信号的信号特征；对本文所使用线材的弹性波波速进行实验研究和数据测定。论文第四章构建了磁致伸缩直线位移传感器系统实验及评估平台,采用了实验研究确定的相关参数,将仿真计算所得的磁致伸缩线材内部的分布磁场数据,应用于所构建的激励源相关模型,对激励源分布参数进行计算和分析,建立力学、磁学分布特性与弹性波波形特性之间的对应关系,以验证传感器系统模型的合理性。并对影响传感器系统性能的易磁化方向、固支波及磁致伸缩线材结构等因素进行分析、讨论和评估。论文第五章对磁致伸缩直线位移传感器的现阶段研究进行了总结,概括了本课题阶段性研究成果,讨论了现有研究中存在的问题和进一步研究的方案和课题。论文提出的激励源合成模型和磁极化强度模型解释了磁致伸缩直线位移传感器输入量与输出信号间的关系问题,通过计算机仿真和数值分析所得数据,对模型的合理性进行了验证,并通过大量的实验研究获得了传感器中的关键技术参数。
方岱宁, 万永平, 冯雪, 裴永茂, 梁伟[10]2006年在《功能铁磁材料的变形与断裂的研究进展》文中认为综述了近几十年,特别是近十几年来铁磁材料的力磁耦合变形与断裂行为的研究概况,传统铁磁弹性问题的研究已经有较长时间的积累,文献中已有大量的研究结果发表,近些年来,随着智能材料及结构应用与研究的兴起,功能铁磁材料如稀土超磁致伸缩材料、铁磁相变材料以及铁磁复合材料等的力学行为越来越受到重视,人们在功能铁磁材料的变形与断裂以及铁磁复合材料的有效性质等方面开展了大量的研究工作,本文在简单介绍了经典铁磁弹性和传统铁磁结构的力磁性能的研究背景基础上,结合作者近年来在铁磁材料变形与断裂方面所开展的工作,着重评述了功能软铁磁材料在变形与断裂的实验研究,如实验设备和技术,以及铁磁复合材料细观力学、软铁磁材料、铁磁功能材料的变形与断裂理论等方面的研究进展,并指出了需要进一步研究的方向。
参考文献：
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