超磁致伸縮材料在換能器中的應用研究.pdf

1、稀土超磁致伸縮材料（GMM）是近年來發(fā)展起來的一種新型功能材料，具有磁致伸縮應變大、磁機耦合系數(shù)高、響應速度快、能量密度高等優(yōu)異特性，已在機電領域顯示出良好的應用前景。本論文以這種新型的功能材料為基礎，以基于該類材料的換能器為研究對象，在超磁致伸縮材料Terfenol-D的工作特性，超磁致伸縮換能器的設計與數(shù)值分析等方面進行了較為深入與系統(tǒng)的研究，從而為超磁致伸縮換能器的深入研究提供了依據(jù)，同時也為超磁致伸縮器件的設計提供了理論依據(jù)。

2、 本文在以下幾方面開展了研究工作： 從磁致伸縮現(xiàn)象及其應用機理入手，較為系統(tǒng)地對超磁致伸縮材料的“跳躍”效應、 E效應、溫度效應、倍頻效應、渦流效應等特性進行了分析與闡述，為高效、合理地應用超磁致伸縮材料奠定了理論基礎。簡述了超磁致伸縮材料的國內外研究現(xiàn)狀與發(fā)展歷史。 綜述了超磁致伸縮換能器的應用研究現(xiàn)狀、發(fā)展趨勢及目前存在的主要問題。 根據(jù)稀土超磁致伸縮材料的工作特性，結合超磁致伸縮換能器設計的幾個關鍵問

3、題，給出了設計的超磁致伸縮換能器的結構簡圖，介紹了其工作原理，并提出了超磁致伸縮換能器結構設計的方法，其中包括線圈骨架的設計、激勵線圈的設計、偏置磁場的設計、磁路設計、預壓力的設計及輻射板的設計。 簡要介紹了有限元法及其軟件，以及與本課題相關的有限元理論。使用ANSYS軟件對設計的超磁致伸縮換能器采用壓電-壓磁比擬法進行了有限元分析，并得出了超磁致伸縮換能器工作時，Terfenol-D棒在磁-機耦合場作用下，超磁致伸縮棒內部的徑

4、向應力、應變分布規(guī)律，這對換能器的整體性能研究都具有重要參考意義。分析還表明：Terfenol-D棒的縱向位移與軸向磁場的頻率相同，說明通過施加偏置磁場確實消除了倍頻效應的影響。此外，還采用溫度應力-磁致伸縮應力類比法對超磁致伸縮換能器進行了有限元分析，所得Terfenol-D棒的上端的中心節(jié)點的縱向位移值與實驗測試值比較接近，從而表明該方法是可行的，開辟了ANSYS軟件求解磁致伸縮問題的新思路。 最后概括了全文的主要研究成果，