磁场热处理和预压力对Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_(1.95)合金磁致伸缩“跳跃”效应的影响

研究了磁场热处理对<110>取向Tb0.3Dy0.7Fe1.95多晶合金磁致伸缩“跳跃”效应的影响。在真空超导体强磁场装置中,将经定向凝固的<110>取向Tb0.3Dy0.7Fe1.95多晶合金棒,沿垂直轴向施加强度为1T的磁场,加热到623和723K下,保温5min后随炉冷却。研究结果表明,磁场热处理增强预压力下的“跳跃”效应,提高不同预压力下的饱和磁致伸缩系数λs,其中623K磁场热处理样品在8.1MPa下的λs达到1950×10-6。磁场热处理提高预压力(8.1MPa)下的动态磁致伸缩系数最大值d3m3ax,但同时增大d3m3ax对应的磁场。

离轴磁场退火后Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_(1.95)〈110〉取向晶体的磁致伸缩“跳跃”效应

将〈110〉取向Tb0.3Dy0.7Fe1.95合金棒放在与轴向成35°夹角的外磁场中退火处理,研究其在0—30MPa预压应力σpre作用下的磁致伸缩效应.结果表明,σpre=0条件下的饱和磁致伸缩值λs由退火前的1023×10-6提高到1650×10-6;σpre≤20MPa范围内,磁场退火后的样品均表现出显著的磁致伸缩"跳跃"效应,并且λs以及跳跃过程完成的磁致伸缩量λm都明显提高.当σpre=20MPa时,λs可达2315×10-6.此外,当σpre≤5MPa时,发生磁致伸缩"跳跃"效应的临界磁场Hjump也较未处理样品有所降低.通过分析磁致伸缩跳跃的临界场、非180°畴变的分布宽度等随σpre的变化规律,揭示了磁场退火前后样品磁化过程的差异.采用磁力显微镜观察了磁场退火前后的磁畴形貌,并探讨了磁场退火感生的各向异性对磁致伸缩性能的影响机理.

考虑磁致伸缩逆效应的非晶合金开关磁阻电机减振方法

非晶合金用于电机铁心可极大地提高电机效率,然而,其较大的磁致伸缩系数和极强的应力敏感性(即磁致伸缩逆效应)在增大铁心振动噪声的同时,限制电信号对铁心磁性能的精确控制能力。该文提出采用磁致伸缩逆效应对铁心磁化状态进行调制,以抑制非晶合金开关磁阻电机电磁振动的减振思路。首先,基于宏观热力学理论,建立考虑磁致伸缩及其逆效应的非晶合金材料力-磁耦合本构关系;其次,提出非晶合金开关磁阻电机的定子齿加压结构,并考虑静态预应力、脉动电磁应力对非晶合金磁特性的影响,构建开关磁阻电机力-磁双向动态耦合模型并求解;最后,计算应力作用前后定子铁心的磁通密度分布。通过实验与仿真对比发现,定子齿加压结构的径向电磁应力可减小44.5%,因此该减振方法具有可行性。

高温超导磁通跳跃过程中的磁致伸缩效应

文中基于超导磁通动力学理论,考虑电磁力与热激活对磁通运动的影响,基本模型包括由等效电阻率随超导体温度和磁场变化的磁通扩散方程,以及比热随超导体温度变化的热传导方程组成。在此基础上,用数值方法求解了这组非线性磁热耦合方程,主要研究了有磁通跳跃状发生状态时环境温度和外磁场速度对于高温超导磁致伸缩的影响。结果表明:磁通进入超导体时超导体收缩,磁通退出超导体时超导体伸长,当有磁通跳跃发生时在一个加载周期内超导体最大伸长量与收缩量近似相等,而没有磁通跳跃时最大收缩量几乎是最大伸长量的两倍。如同对于磁通跳跃的影响外加磁场速度、环境温度对于超导磁致伸缩有明显的影响。

制备具有“跳跃效应”磁致伸缩材料的研究

利用浮区法制备了磁致伸缩材料Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－ｄ，通过磁致伸缩系数的测定，发现利用浮区法制备的样品在一定的压应力下有“跳跃效应”。通过Ｘ射线衍射、劳埃背反射发现，样品是轴向沿１１０取向的孪生单晶。通过模型计算，认为沿１１０取向的晶体。

基于磁致伸缩效应在钢绞线中激励接收纵向导波模态的试验研究

对利用磁致伸缩效应在钢绞线中激励接收纵向导波模态的方法进行理论分析和试验研究。分析在公称直径为17.80mm的7芯钢绞线中纵向模态的传播特性。选取钢绞线外围钢丝中频率160kHz的L(0,1)模态用于钢绞线的健康检测。基于该模态的传播特性和钢绞线缠绕式外表面的特点,研制一种专用磁致伸缩传感器,用于7芯钢绞线的超声导波检测。该传感器的主要结构包括轴对称三磁路励磁结构和正反正绕向的三段式螺线管。三磁路励磁结构用来产生强度适合且均匀的偏置磁场,并设计专用夹片以降低钢绞线不规则外形所造成的空气磁阻。螺线管每段绕线的有效轴向宽度为频率160kHz的L(0,1)模态波长的一半。利用研制的磁致伸缩传感器,在长1180mm的自由钢绞线中进行超声导波的激励接收试验。试验结果表明,该传感器可以激励和接收选定的纵向模态L(0,1),为基于磁致伸缩效应的钢绞线超声导波检测奠定了一定基础。

压电/磁致伸缩/环氧树脂层合复合材料的磁电效应及其频响特性

磁电复合材料在磁-电能量转换等领域具有重要的潜在应用价值,研究磁电复合材料在较高频率下的磁电耦合特性对于实际应用具有重要意义。本文中以0-3型的Terfenol-D(Tb0.30Dy0.70Fe2)/环氧树脂复合材料为磁致伸缩层,以PZT[Pb(Zr0.52Ti0.48)O3]压电陶瓷为压电层,制备了三明治结构的层合磁电复合材料。研究了Ter-fenol-D/环氧树脂复合材料层的磁致伸缩性质,并对所制备的层合磁电复合材料磁通密度、介电常数以及磁电电压系数等随频率和偏磁场的变化规律进行了系统研究。结果表明,由于Terfenol-D/环氧树脂复合材料的引入,层合磁电复合材料呈现出良好的频率响应特性,可靠工作范围大大拓宽。层合磁电复合材料具有优良的动态磁电耦合性能,在优化偏磁场630 Oe和共振频率69.6 kHz下的磁电效应高达21.2 V/cmOe。此外,层合磁电复合材料的磁电效应随偏磁场的变化发生明显变化,并存在优化偏磁场。对上述现象和结果进行了详细讨论,并给出了层合磁电复合材料的磁电耦合机制。

计及涡流效应和应力变化的超磁致伸缩换能器的动态模型

文中在Jiles-Atherton磁滞模型和换能器振动系统的结构动力学原理的基础上,考虑交流驱动时的涡流效应和应力状态的变化,建立了超磁致伸缩换能器的磁弹性动态模型。对换能器系统不同工作情况进行模型的仿真计算并与实验结果对比,发现模型与实验吻合较好。说明所建立的动态模型能较好地描述换能器系统输出应变与驱动磁场之间的关系。根据模型的计算结果拟合出了换能器系统的伯德图,用于指导对换能器系统进行频率跟踪控制。

磁致伸缩效应在圆管中激励纵向导波的理论和试验研究

分析了导波在圆管中传播的模态,探讨了在圆管中激励纵向导波的磁致伸缩作用力模型。纵向导波由平行于圆管轴向的磁致伸缩力的作用而产生,磁致伸缩力除与被检测材料的特性有关外,主要取决于设置的静态偏置磁场和交变磁场的耦合作用。根据该模型设计了在圆管中激励纵向导波的磁致伸缩传感器,试验中获得了纵向导波,并通过磁致伸缩传感器对圆管分别作用不同的静态偏置磁场和交变磁场,试验研究两者对激励的纵向导波的影响。结果表明:作用于圆管上的静态偏置磁场与激励的纵向导波幅值呈抛物线关系,在低偏置磁场作用下,纵向导波幅值随着偏置磁场的增加而增大,在高偏置磁场作用下,纵向导波幅值随着偏置磁场的增加反而减小。导波在圆管中传播时,存在多模式和频散特性,交变磁场大小与激励的纵向导波幅值之间呈非线性关系。

磁致伸缩效应及其在无损检测中的应用研究

对磁致伸缩效应及其起源机制进行了探讨 .阐述了磁致伸缩效应的管道检测原理 ,可归纳为弹性波的产生是基于磁致伸缩效应 ,弹性波的检测是基于磁致伸缩逆效应 .对长约为 6 .716m ,外径 38mm ,壁厚 2 .5mm的样本钢管进行模拟缺陷检测 ,给出了所获得的检测信号 .检测结果表明应用这种方法对钢管缺陷进行无损检测是可行的 .该实验装置简单 ,安装方便 ,而且可对很长的钢管进行快速、大范围检测 .

基于磁致伸缩效应导波的数值模拟和实验研究

利用数值模拟和实验研究两种手段,从频散的角度分析了基于磁致伸缩效应的导波无损检测技术在圆管检测中的应用。参照数值计算结果,实验中采用不同频率激励纵向模态导波。通过实验对比发现,频率为f=20kHz左右时导波频散最小,且L(0,1)模态的导波适合用于管道检测。实验检测到的钢管不同孔径缺陷信号与数值模拟结果相吻合。

基于磁致伸缩逆效应的超磁致伸缩力传感器

磁致伸缩逆效应是稀土超磁致伸缩材料的一个重要应用特性,应用磁致伸缩逆效应可以制作超磁致伸缩力传感器。但由于缺乏相应的设计理论分析,从而制约了其发展。在分析了磁致伸缩逆效应的基础上,给出了超磁致伸缩力传感器的设计原理,设计了超磁致伸缩力传感器的结构,并采用数值计算方法对其磁场进行了计算。计算结果与实验结果的比较表明:二者符合较好,设计的超磁致伸缩力传感器方案是可行的,对其今后进行深入应用研究和优化设计具有重要意义。

基于磁致伸缩效应的导波无损检测技术研究进展

概述了国内外基于磁致伸缩效应的导波无损检测技术的研究进展,重点评述了磁致伸缩导波无损检测技术取得的三方面突破,即磁致伸缩传感器技术、导波特性研究和导波信号处理。提出了有待进一步解决的问题。

磁致伸缩效应在高精度液位测量中的应用研究

简述了磁致伸缩效应及其在液位测量中的应用。针对储油罐液位测量的特点:大量程至20多m,同时要测量油位、水位、温度及储油量等参数,并且液位测量的允许误差小于几mm,介绍了能满足要求的磁致伸缩液位传感器,并从该传感器的测量原理、信号转换和检测、以及温度对测量的影响等方面进行了详细的分析,对该传感器能够实现高精度液位测量方法进行了研究,供有关研究及应用的技术人员参考。

基于磁致伸缩效应的钢管缺陷检测实验研究

根据铁磁体具有磁致伸缩特性 ,提出一种基于磁致伸缩效应的钢管无损检测技术。对其检测原理和系统设计方案作了介绍 ,并对样本管进行了有缺陷和无缺陷的模拟试验 ,分别给出了所获得的信号。实验结果表明 ,该检测技术对钢管缺陷检测是可行的 ,而且检测灵敏度比较高 ,安装单个传感器即可对很长段钢管进行检测。

超磁致伸缩体内涡流效应有限元分析

为补偿涡流效应产生的温度与反相磁场对超磁致伸缩微位移驱动体位移输出造成的非线性,从电磁场基本原理出发,推导了超磁致伸缩驱动器内的涡流分布和大小的数学模型。利用伽辽金加权余量法和牛顿-拉夫逊迭代法得到涡流效应数学模型的解析公式。通过解析公式分析超磁致伸缩驱动器内驱动体横截面上的电磁场分布,进而得到驱动体上各部分涡流大小及分布与输入电流频率增加的对应关系。当输入频率大于1 kHz时,涡流有限元模型计算得到的涡流导致磁场损耗量与实测磁场强度相差约4.6 mT,表明此模型可以对超磁致伸缩驱动体内的涡流损耗进行有效的补偿。

基于逆磁致伸缩效应的超磁致伸缩磁力控制器件建模

超磁致伸缩器件的输入应力与输出磁通密度存在着滞回非线性。基于Jiles-Atherton模型、磁机械效应方法定律和磁路定律,建立一个超磁致伸缩磁力控制器件的滞回模型。试验结果表明,该模型能较好地描述在变化应力和恒定偏置磁场作用下,超磁致伸缩器件输入应力与输出磁通密度及磁力的滞回关系,并可以预测偏置磁场对器件输出性能的影响,从而对器件的设计与分析具有重要指导意义。

影响超磁致伸缩执行器中逆效应性能的主要因素

超磁致伸缩材料(GMM)是一种具有双向可逆换能效应(磁-机、机-磁)的新型功能材料,利用其逆效应在超磁致伸缩执行器(GMA)驱动过程中感知出传感信号,可实现自感知执行器。探讨超磁致伸缩逆效应的机理,设计一种试验方法,验证了超磁致伸缩执行器中的磁致伸缩逆效应。揭示预压应力、偏置磁场和激振力频率等因素对超磁致伸缩逆效应性能的影响规律,预压应力越大则逆效应性能越差,适当的偏置磁场可使逆效应性能显著增强,激振力频率越高,力感知灵敏度越高,但不成简单的正比关系。试验证明了GMA作力传感器有效性,提出一种分时结构的自感知GMA。

基于磁致伸缩效应的液体密度在线测量方法

在分析磁致伸缩液位传感器工作原理基础上,针对磁致伸缩液位计不能进行密度测量的问题,提出多浮子相对位移测量法,在磁致伸缩液位计上实现了液体密度的在线高精度测量.同时分析了被测介质密度的变化对液位测量精度的影响,给出了液位测量的密度校正方法,进一步提高了磁致伸缩液位传感器的液位测量精度.

磁致伸缩效应原理及在工业测量中的应用

简述了材料的磁致伸缩效应及逆效应原理,详细介绍了磁致伸缩纵向效应(焦耳效应)、扭转效应(维德曼效应)的工程应用及常用的磁致伸缩材料,重点介绍了这两种效应在工业测量领域中(如液位测量、固体材料的弹性模量测量、液体密度、黏度测量等)的应用。