【摘 要】
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超磁致伸缩材料是一种在磁场作用下能发生较大形变的金属功能材料,铽镝铁合金(Terfenol-D)作为其典型代表之一,具有室温磁致伸缩应变量大、能量密度高、收缩响应速度快、磁-机械耦合系数高、工作频率特性好、所能承受压力大、驱动电压低、体积小巧、使用寿命长等优点,可广泛应用于油井处理、航空飞行器制作、超精密机械加工、振动机械系统等领域。这些应用都需要Terfenol-D材料工作于高频激励条件下。当处
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超磁致伸缩材料是一种在磁场作用下能发生较大形变的金属功能材料,铽镝铁合金(Terfenol-D)作为其典型代表之一,具有室温磁致伸缩应变量大、能量密度高、收缩响应速度快、磁-机械耦合系数高、工作频率特性好、所能承受压力大、驱动电压低、体积小巧、使用寿命长等优点,可广泛应用于油井处理、航空飞行器制作、超精密机械加工、振动机械系统等领域。这些应用都需要Terfenol-D材料工作于高频激励条件下。当处于高频磁化过程中时,驱动磁场的频率会对材料的有效磁场大小及滞后性产生直接影响。同时材料的非线性磁滞特性会随着频率增大而显著增强,磁能损耗特性也越来越复杂。因此研究高频激励条件下超磁致伸缩材料的高频特性就显得十分必要。本文基于AMH-1M-S型动态磁特性测试系统搭建了实验平台,对Terfenol-D材料的高频磁滞特性以及磁能损耗特性进行了深刻的研究和分析。首先,基于AMH-1M-S型动态磁滞特性测量系统,搭建了测量超磁致伸缩材料动态磁参数的实验平台,阐述了系统的工作原理和结构组成,测定了不同驱动频率和磁密幅值下Terfenol-D材料的动态磁滞回线。其次,基于所测的一系列动态磁滞回线,进一步深入研究了驱动磁场频率和磁密幅值变化对Terfenol-D材料磁滞特性的影响,从磁滞回线上测量得出了最大磁感应强度,最大磁场强度,矫顽力,剩磁,磁能损耗等磁特性参数,分析了磁特性参数随频率和磁密幅值的变化规律。然后,通过将棒状Terfenol-D材料沿着不同磁化方向进行切片,制成了多个方形环状薄片样品,对比分析了材料磁化方向以及样品尺寸参数对高频磁特性的影响。对不同驱动磁场频率和磁密幅值下方形环状Terfenol-D样品的磁能损耗进行了测试,绘制了磁能损耗数值变化曲线,分析了损耗随频率和磁密幅值的变化趋势。最后,基于损耗分离法,结合实测数据,考虑了材料内部涡流集肤效应及动态磁滞特性等对磁能损耗的影响,通过对实测数据进行了数值模拟,获得了能够反映材料中频率和磁密幅值依赖关系的高频磁能损耗及各项损耗系数变化曲线。通过磁能损耗实测值与计算值对比分析曲线验证了该数值模拟方法对于高频下Terfenol-D磁能损耗计算的适用性和正确性。
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