超磁致伸縮薄膜的力學(xué)特性以及實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、超磁致伸縮薄膜(GMF)是近年來(lái)興起的一種新型的功能材料，其能量密度高、動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性好、易于微型化和集成化的特點(diǎn)，使其成為微執(zhí)行器驅(qū)動(dòng)元件的理想材料之一。目前，針對(duì)GMF的制備方法以及磁機(jī)耦合的基本理論研究比較深入，而面向應(yīng)用的靜/動(dòng)態(tài)特性、諧振特性以及力學(xué)特性等方面的研究十分有限，限制了其器件的設(shè)計(jì)應(yīng)用。因此，本文以服務(wù)GMF器件的開(kāi)發(fā)為目的，從理論和實(shí)驗(yàn)兩個(gè)方面進(jìn)行了研究。
　　 利用非線(xiàn)性規(guī)劃方法綜合考慮磁場(chǎng)的功率系數(shù)，結(jié)

2、構(gòu)關(guān)系以及磁場(chǎng)強(qiáng)度要求對(duì)設(shè)計(jì)問(wèn)題進(jìn)行求解，設(shè)計(jì)了一種大功率高均勻度的組合驅(qū)動(dòng)線(xiàn)圈，采用MALAB對(duì)所設(shè)計(jì)線(xiàn)圈的直流和交流驅(qū)動(dòng)特性進(jìn)行了分析計(jì)算，采用ANSYS對(duì)所設(shè)計(jì)線(xiàn)圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)分布特性進(jìn)行了仿真計(jì)算。
　　 在單層GMF磁致伸縮系數(shù)求解關(guān)系的基礎(chǔ)上，通過(guò)對(duì)正負(fù)復(fù)合GMF的變形機(jī)理進(jìn)行合理的假設(shè)，采用數(shù)學(xué)推導(dǎo)的方法得出了正負(fù)復(fù)合GMF的磁致伸縮系數(shù)求解公式；將這一方法進(jìn)行推廣又得到了多層復(fù)合GMF的磁致伸縮系數(shù)求解公式；根據(jù)材

3、料力學(xué)和振動(dòng)力學(xué)的基本原理方法，利用當(dāng)量寬度法推導(dǎo)得出了GMF懸臂梁力學(xué)參數(shù)的近似求解公式；利用給出的公式對(duì)實(shí)驗(yàn)中使用的Cu基單層GMF、Cu基正負(fù)復(fù)合GMF以及聚酰亞胺基正負(fù)復(fù)合GMF懸臂梁的參數(shù)進(jìn)行了求解計(jì)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(jì)算值。
　　 對(duì)易磁化軸取向GMF懸臂梁的靜動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行了基本的實(shí)驗(yàn)研究；探索性地對(duì)難磁化軸取向GMF懸臂梁的動(dòng)態(tài)特性進(jìn)行

4、了系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究：首先探討了偏執(zhí)磁場(chǎng)大小對(duì)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(chǎng)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(dòng)特性，最后簡(jiǎn)單探討了最佳偏執(zhí)磁場(chǎng)大小與GMF懸臂梁尺寸之間的關(guān)系。
　　 上述研究表明，所設(shè)計(jì)的組合線(xiàn)圈具有很好的均勻度，在100mm范圍內(nèi)的徑向均勻度可以達(dá)到5‰，完全滿(mǎn)足GMF的驅(qū)動(dòng)需求；推導(dǎo)得出的復(fù)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(guān)系，