论文部分内容阅读
磁控形状记忆合金(Magnetically Controlled Shape MemoryAlloy,简称MSMA)是一种新型的智能材料。该材料具有优异的磁控形状记忆特性,在磁场的作用下可获得较大的磁感生应变并对外输出应力。在偏置磁场中,对已经发生磁感生应变的MSMA材料加载机械脉冲将其压缩,由于材料磁导率发生变化会对磁路中磁感应强度的大小产生影响,这就是磁控形状记忆逆特性(传感特性),为MSMA能够运用在传感器领域提供了理论基础。目前国内外对其研究主要集中在MSMA的磁控形状记忆特性而对其传感特性研究较少。本文将对MSMA的传感特性进行实验研究,并对MSMA在偏置磁场中应力、应变和磁感应强度之间的关系进行建模分析。在对MSMA材料的微观结构、形变机理、材料特性以及影响因素做了基础研究之后,借助CAD、Pro/E、ANSYS等软件进行设计和仿真,结合电磁感应相关的知识,制作了测试MSMA材料传感特性的实验台。以芬兰AdaptaMat公司生产的Ni2MnGa磁控形状记忆合金为研究对象,通过对实验台中的电流、温度进行实时控制,记录MSMA材料在偏置磁场中的压应变、压应力以及磁路中磁感应强度的变化等数据。通过对实验结果进行分析,发现了MSMA材料传感特性的最佳偏置磁场和最佳环境温度。最后以能量守恒定律为模型框架对MSMA材料的传感特性进行建模分析,通过数学模型得到了偏置磁场中MSMA材料的应变、应力和磁感应强度之间的数学关系。研究表明在最佳环境温度和最佳偏置磁场中,对MSMA材料施加应力使其发生应变,能对磁路中的磁感应强度产生较大的影响,体现出较高的传感灵敏度。本文的研究工作对基于MSMA材料的传感器的开发具有一定的指导意义。