磁致伸縮材料的高頻力學(xué)行為研究.pdf

1、本文以Terfenol-D材料為主要研究對(duì)象，對(duì)其在高頻驅(qū)動(dòng)時(shí)的工作特性和內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變沿徑向的分布特性進(jìn)行了有限元分析，研究目的和意義如下：
　?。?）尋找求解磁致伸縮材料在高頻工作時(shí)內(nèi)部變形和應(yīng)力應(yīng)變場(chǎng)分布的方法，豐富研究該材料高頻性能的手段和理論；
　?。?）力爭(zhēng)建立磁致伸縮材料在高頻磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)時(shí)內(nèi)部應(yīng)力分布的參數(shù)化模型，研究磁致伸縮材料在高頻磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)時(shí)的力學(xué)行為，為該材料的合理應(yīng)用提供理論依據(jù)；
　?。?）開發(fā)出通

2、用的APDL仿真程序，為解決高頻磁致伸縮力學(xué)問題提供實(shí)用方法。
　　本文主要進(jìn)行了以下幾個(gè)方面的研究工作：
　　以磁致伸縮現(xiàn)象及它的應(yīng)用機(jī)理為著手點(diǎn)，較為系統(tǒng)地闡述了稀土GMM所具有的以下特性：①磁機(jī)耦合特性②壓應(yīng)力特性③渦流效應(yīng)④倍頻效應(yīng)。通過對(duì)以上特性的了解，我們能夠更加合理和高效地利用GMM。本論文系統(tǒng)地簡(jiǎn)述了GMM的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀。簡(jiǎn)要介紹了有限元法（Finite Element Analysis）及ANSYS軟件，

3、以及與本課題相關(guān)的有限元理論。本論文采用溫度應(yīng)力-磁致伸縮應(yīng)力類比法和利用ANSYS軟件對(duì)超磁致伸縮棒在高頻驅(qū)動(dòng)下的力學(xué)行為進(jìn)行了有限元分析，獲得了Terfenol-D棒在熱-結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)作用下內(nèi)部的應(yīng)力應(yīng)變沿徑向的分布結(jié)果以及位移的輸出情況。分析表明：Terfenol-D棒在高頻交變磁場(chǎng)的驅(qū)動(dòng)下，產(chǎn)生渦流和趨膚效應(yīng)，內(nèi)部的驅(qū)動(dòng)磁場(chǎng)部分地被渦電流磁場(chǎng)抵消且沿徑向分布不均勻，導(dǎo)致了Terfenol-D棒內(nèi)部應(yīng)力應(yīng)變沿徑向分布不均勻。由于激勵(lì)

4、載荷是正弦交變電壓，故產(chǎn)生的磁場(chǎng)也應(yīng)為正弦交變磁場(chǎng)，頻率與交變電壓的頻率相同。Terfenol-D棒在正弦交變磁場(chǎng)的作用下，發(fā)生伸長(zhǎng)（或縮短），也就是磁致伸縮運(yùn)動(dòng)。因此，Terfenol-D棒產(chǎn)生的縱向位移以及 Y方向上的正應(yīng)力隨時(shí)間變化都呈振動(dòng)趨勢(shì)。等效應(yīng)力沿Terfenol-D棒的徑向分布為中心大，邊緣小。等效應(yīng)變沿Terfenol-D棒的徑向分布為中心小，邊緣大。綜上述結(jié)論與理論基本相符，證明了采用溫度應(yīng)力－磁致伸縮應(yīng)力類比法進(jìn)行