偏置磁場(chǎng)對(duì)稀土超磁致伸縮換能器性能的影響研究.pdf

1、隨著科技的進(jìn)步，對(duì)智能材料的研究及其在各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用引起越來越多的重視。稀土超磁致伸縮材料是一種在磁場(chǎng)的作用下可以發(fā)生較大變形的新型磁功能材料，該材料在各類型的換能器中都得到了廣泛的應(yīng)用。稀土超磁致伸縮換能器是一種將電磁能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能或聲能的器件，具有高效的機(jī)電轉(zhuǎn)換效率，但由于稀土超磁致伸縮材料在磁致伸縮效應(yīng)作用下產(chǎn)生的應(yīng)變只與外加磁場(chǎng)的大小有關(guān)而與其方向無關(guān)，所以使得換能器在交變電流的作用下會(huì)出現(xiàn)倍頻效應(yīng)。在實(shí)際應(yīng)用中，倍頻效應(yīng)會(huì)使得

2、換能器的性能下降且轉(zhuǎn)換效率變低，因此需要在磁致伸縮換能器中添加偏置磁場(chǎng)以消除倍頻效應(yīng)。本文主要從偏置磁場(chǎng)的角度出發(fā)分析其對(duì)磁致伸縮換能器性能的影響，主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)論如下：
　　(1)研究了磁致伸縮換能器中提供偏置磁場(chǎng)的永磁體基本結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)換能器性能的影響。通過有限元模擬軟件COMSOL Multiphysics建立磁致伸縮換能器的模型，分析提供偏置磁場(chǎng)的永磁體結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)果表明：磁致伸縮棒中的磁場(chǎng)分布及換能器的輸出位移都隨著永磁

3、體厚度的增加而變好，但考慮厚度的增加會(huì)引起換能器體積增大及散熱變差，所以選取永磁體厚度為7mm；綜合考慮磁棒磁場(chǎng)均勻性，磁場(chǎng)強(qiáng)度，輸出位移，散熱性能等，綜合考慮選取永磁體與線圈之間的間距為2mm。
　　(2)分析了偏置磁場(chǎng)對(duì)換能器中磁致伸縮棒磁場(chǎng)及輸出特性的影響。將90 mm圓筒狀永磁體均勻分割成30層3 mm小圓環(huán)狀永磁體，分析圓環(huán)狀永磁體層數(shù)及圓環(huán)狀永磁體在換能器中分布的均勻性對(duì)換能器磁致伸縮棒中磁場(chǎng)及應(yīng)變的影響。結(jié)果表明：圓

4、環(huán)狀永磁體數(shù)量的增加對(duì)Ter fe no l-D棒中磁場(chǎng)及應(yīng)變的影響是有限的，在一定范圍內(nèi)影響明顯，超過一定范圍內(nèi)后影響變小。在本模型中，當(dāng)永磁體數(shù)量大于8層之后，磁致伸縮換能器磁場(chǎng)及輸出應(yīng)變隨著永磁體數(shù)量的增加變化緩慢并逐漸趨于飽和狀態(tài)；磁場(chǎng)及輸出位移隨著永磁體分布均勻度的增加而增大，其中輸出位移呈近似于線性增加。
　　(3)研究了預(yù)應(yīng)力及偏置磁場(chǎng)耦合作用對(duì)換能器輸出性能的影響。首先，對(duì)換能器進(jìn)行參數(shù)掃描分析，得到不同預(yù)應(yīng)力作用

5、下時(shí)磁致伸縮棒的磁致伸縮應(yīng)變曲線，隨著預(yù)應(yīng)力的增加，磁致伸縮應(yīng)變系數(shù)λ先呈線性增加趨勢(shì)隨后增加趨勢(shì)變緩；其次綜合考慮偏置磁場(chǎng)與預(yù)應(yīng)力同時(shí)作用時(shí)對(duì)換能器輸出特性的影響，當(dāng)永磁體層數(shù)為兩層，預(yù)應(yīng)力的增加對(duì)換能器位移幅值的變化影響整體較小，之后隨著永磁體層數(shù)的增加，位移幅值隨預(yù)壓力的變化趨勢(shì)有細(xì)微的差別，但總體趨勢(shì)相似，都呈緩慢增加趨勢(shì)。
　　通過本文的研究，得到了偏置磁場(chǎng)對(duì)磁致伸縮換能器性能的影響，相關(guān)結(jié)論為磁致伸縮換能器在實(shí)際中的應(yīng)