用于非圆切削的超磁致伸缩换能器耦合磁弹性模型

在恒温条件下,综合考虑超磁致伸缩车削加工系统电、磁和机械三方面的关系,根据Jiles-Atherton非线性滞回模型,采用磁场与磁化强度间的线性化近似关系式,结合Kelvin-Voigt阻尼理论和非圆加工切削力模型,建立了用于非圆切削加工的超磁致伸缩换能器耦合磁弹性理论模型。通过对换能器系统频响关系的分析,得出激励磁场与系统输出位移之间的关系与文献给出的换能器系统性能实验结果具有相同的分布趋势。

超磁致伸缩换能器耦合磁弹性模型与振动特性分析

针对应用于非圆车削加工的超磁致伸缩换能器,建立了其耦合磁弹性动力学模型与复系数动力学微分方程.基于实验建立的激励电流-磁致伸缩材料轴向位移-磁场强度三者之间的关系式,得到了换能器磁-力-位移关系的磁动方程的解析解,分析了系统的频响特性及不同频率下,激励电流与换能器输出位移之间的滞回关系,对现有磁场-电流公式进行了修正,讨论了偏置磁场对系统的影响,并与数值解进行了对比.结果表明:超磁致伸缩换能器的输出位移与输入激励电流之间的滞回环及其环方位与激励频率有关,且修正公式与实验所得结论完全一致.换能器的频响关系具有明显的共振和反共振特性,且频响曲线的正负向决定了滞回环的方位,换能器输出位移的绝对值决定了滞回环包围面积的大小.换能器滞回环的面积、倾斜度随偏置磁场的增大而增大.本文的结果为换能器的控制与优化提供了理论基础.

软铁磁薄板磁弹性耦合作用的变分原理

研究磁弹性耦合问题的关键是正确计算作用在铁磁弹性体上的磁力，该文以磁场系统的磁能与磁介质弹性板应变能之和作为软铁磁薄板位于外加磁场耦合作用系统的能量泛函，以磁标势函数和位移函数的变分为独立变量，给出软铁磁薄板在任意外磁场中磁弹性耦合作用变分原理．由此不仅导出磁场和结构变形的联立控制方程，而且获得作用在薄板上的磁力表达式．进而可以对两类不同性质的铁磁板耦合作用的实验现象进行理论模拟．

悬臂导电薄板磁弹性耦合作用下的动力失稳

对于聚变反应堆中受到外加横向强脉冲磁场和面内恒定磁场联合作用下的悬臂导电薄板,建立了描述其力-电-磁耦合作用下动力行为的理论模型.对空间部分采用有限元法,对涡电流、导电薄板的时间部分分别采用Crank-Nicolson法和Newmark法,对每一时间步上的耦合非线性采用迭代法,给出了计算程序的求解过程,定量模拟了强脉冲磁场和面内恒定磁场对磁体力和薄板挠度的影响.数值结果显示,外加横向脉冲磁场和面内恒定磁场的联合作用使得结构更容易失稳,导电薄板失稳时横向临界磁场值随着面内恒定磁场的增大而减小,但随着脉冲参数的减小而减小.

基于热-磁-弹性耦合的二维导电薄柱壳数值分析

基于几何方程、物理方程、运动方程和电动力学方程,建立了二维导电薄柱壳热磁弹性基本方程.考虑到Joule热效应,引入热平衡方程及广义Ohm定律,得出导电薄柱壳的温度场.利用变量代换方法,整理成具有10个基本未知量的标准型方程组.采用差分法和准线性化方法,给出准线性微分方程组.对于二维导电薄柱壳,导出了Lorentz力表达式、温度场积分特征值.通过实例计算,得到了二维导电薄柱壳应力、位移、温度随外加电磁参量的变化规律.研究结果可为二维导电薄壳热磁弹性问题研究提供理论参考.

悬臂导电薄板磁弹性耦合作用下的磁阻尼分析

针对处于外加磁场作用下的悬臂导电薄板,基于导电介质所满足的电磁学及力学基本定律和方程,建立了描述其力-电-磁耦合作用下几何非线性振动问题的理论模型,并给出了等效阻尼系数的确定方法,定量模拟了面内恒定磁场给涡电流和挠度耦合程度以及磁阻尼强弱所带来的影响。仿真结果表明,随着面内恒定磁场的增加,几何非线性效应和由耦合作用引起的磁阻尼会增强,而等效阻尼系数随着周期或时间是衰减的,并随着面内恒定磁场的增加而增加,这为磁场环境中导电结构的振动控制研究提供了一定的科学依据。

磁弹性耦合作用下悬臂导电薄板的非线性动态响应分析

针对核聚变反应堆中受到复杂磁场作用的限制器叶片,用悬臂导电薄板作为其简化结构,从导电介质所满足的电磁学及力学的基本定律和方程出发,建立了描述其力-电-磁耦合作用下几何非线性动态响应问题的理论模型,给出了数值计算的求解过程,定量模拟了面内磁体力和几何非线性对薄板挠度的影响。仿真结果显示,在横向磁场很小时,面内磁体力和大挠度都不考虑时的线性结果是可靠的,但是随着横向磁场的增加,几何非线性的影响越来越大,面内磁体力的作用也越发明显,且考虑几何非线性得到的挠度峰值要比线性情形的小,这表明了在导电结构设计中必须同时考虑面内磁体力和几何非线性效应。

软铁磁材料平面裂纹问题的耦合场

由磁弹性问题的线性化理论导出磁场下平面软铁磁体问题的控制方程和复势解．利用复势解和奇异积分方程方法，对面内磁场和远场载荷作用下的含裂纹无限大软铁磁平面问题进行了求解，得到耦合场的解．并对不同磁力模型的结果和磁场与机械载荷共同作用下的裂尖应力强度因子进行了讨论．

铁磁梁式板磁弹性初始后屈曲及缺陷敏感性分析

从铁磁板的磁弹性广义变分原理出发,通过对铁磁板内外的磁场和板变形场的摄动技术以及采用经典 Koiter理论,对横向磁场中铁磁恳臂、简支、固支梁式薄板磁弹性稳定性的初始后屈曲行为及缺陷敏感性进行了定性研究．解析地给出了悬臂板对初始缺陷敏感,简支和固支板对初始缺陷不敏感等结果,对悬臂梁式板理论预测的临界磁场值往往大于实验观测结果的现象从定性上给予了合理解释．

铁磁梁式板磁热弹性屈曲分析

利用铁磁介质体的磁热弹性广义变分原理和模型,以及磁弹性线性化方法和摄动技术,对铁磁 梁式薄板在磁场、温度场共同作用下的多场耦合的力学行为进行了研究,解析地分析了铁磁梁式板的 磁热弹性屈曲失稳,并给出了铁磁梁式板随外加磁场、温度场变化下的多场耦合稳定性特征.

四边固支热磁弹性矩形薄板的分岔与混沌

研究在温度场、机械场与电磁弹性耦合作用下四边固定支撑矩形薄板的分岔与混沌运动问题。考虑温度场的影响,推导出在横向稳恒磁场和载荷共同作用下的四边固支矩形薄板的非线性磁弹性耦合振动方程。运用Melnikov函数方法,求出该问题在Smale马蹄映射下发生混沌运动的条件解。并对其进行了数值仿真,给出了该系统的分岔图、Lyapunov指数图、位移波形图、相平面轨迹图以及Poincare截面图,讨论了温度及电磁场强度对系统运动状态的影响。由仿真结果可知,通过变化温度场和电磁参数可以使系统进入混沌运动状态,或者避免混沌运动,以实现对系统振动特性的控制。

不可移简支几何非线性铁磁梁式板的磁弹性屈曲与后屈曲分析

采用基于薄板挠曲变形的广义变分原理导出的磁力计算公式和运用电磁弹性耦合的非线性数值计算程序，定量分析了不可移简支几何非线性铁磁梁式板的屈曲与后屈曲路径，给出了非线性静态解的分叉图象．然后对于在斜磁场作用下这一铁磁板的磁弹性弯曲与失稳情形，得到了梁由两个半波的挠曲构形演变为单半波挠曲构形的跳跃失稳临界磁场与失稳后的路径等；并且随着倾斜磁场的倾角增大，简支梁式板磁弹性的临界磁场值随之增加．这一结果表明简支梁式板的磁弹性系统对安装偏差之类的缺陷是不敏感的．

基于Digimat中RVE模型的磁流变弹性体的磁致压缩力学性能的数值模拟

磁流变弹性体的宏观压缩力学性能受其组分材料的体积比、形态和外加磁场等因素的影响。从3方面系统的研究了磁流变弹性体在磁场和压缩条件下的静态磁致力学性能。首先运用Digimat软件中的均匀化方法和RVE研究零磁场条件下的磁流变弹性体力学性能。然后研究了磁场条件下各向同性和各向异性磁流变弹性的磁致力学性能。最后利用实验方法研究磁流变弹性体的力学性能。得到了磁场的施加使得各向同性和颗粒成链磁流变弹性体的压缩模量增大,同时颗粒成链比各向同性磁流变弹性体的磁流变效应更大的结论。

磁流变弹性体磁致力学性能的数值模拟研究

磁流变弹性体是一类将磁性敏感颗粒嵌入柔软橡胶基体中制成的新型磁敏高弹性智能材料.基于细观力学RVE(等效体积单元)方法,建立了磁流变弹性体的二维多链RVE,从理论分析和数值模拟两条主线,研究了磁流变弹性体的磁致压缩和磁致剪切力学性能,包括其磁致模量和磁场能量的变化情况,讨论了磁致模量的变化与能量转换之间的关系.通过对多链磁流变弹性体进行磁弹性耦合数值模拟,验证了外磁场的施加使得磁流变弹性体的初始压缩应力减小,剪切模量增大.

基于磁机械效应的铁磁材料漏磁检测数值模拟

为更准确地描述材料的非线性磁机械耦合效应,以非线性磁致伸缩应变方程、有效场理论和能量平衡方程等为基础提出新的磁弹性耦合模型与变刚度模型,分析了铁磁材料的磁机械效应和变刚度效应,并利用数值分析软件将非线性磁化模型的理论结果与仿真过程进行耦合。结果表明,仿真得到的缺陷泄漏场分布与已有研究结果一致,验证了所提出模型与仿真方法的可行性和准确性。分析了应力、缺陷尺寸和缺陷位置对表面磁场的影响,结果表明:在拉伸载荷作用下,试样表面法向磁场信号呈类S形曲线,切向信号呈类锥形曲线,其极值均随载荷增加先减小后增大;试样存在缺陷时,不同采集路径上获取的信号存在很大差异,缺陷边缘路径上的漏磁场峰值与缺陷长度呈负相关,而峰值距离和跨度却相反,在远离缺陷的采集路线上,漏磁场信号的峰值和跨度均与缺陷长度呈正相关。

强磁场对石英谐振器的影响

基于磁-弹性耦合理论以及预应力模态分析理论,结合实验方法解释石英晶体谐振器在强磁场影响下频率变化的原因。结果表明,石英晶体谐振器的磁性支架在受到磁场的影响产生相应的应力沿石英晶片的边缘作用于石英晶体导致其谐振频率发生变化。该结果对如何减小磁场对石英晶体谐振器的影响有一定的参考价值。

多裂纹导电薄板电热温度场和应力场的计算

讨论了对带有n个共线裂纹的薄板,在无穷远处加载电流实施止裂时板内的温度场和应力场。文中利用了复变函数的方法计算得到了电流场、温度场和应力场的分布状态。计算中考虑了材料热传导系数、线胀系数、弹性模量随温度的变化。作为算例,以带有两个共线裂纹、牌号为2132GH的高温合金制成的薄板进行了计算,给出了应力、温度与加载的电流密度及裂纹尺寸的关系;分析了导热系数随温度的变化对温度场数值的影响。

CoFe2O4和MnFe2O4纳米复合介质的制备及其磁性研究

采用热分解法制备了分散程度高且平均晶粒尺寸为20 nm的CoFe_2O_4和MnFe_2O_4复合介质.低温磁化曲线测量显示,制备的复合介质具有软-硬磁交换弹性耦合效应,且合成温度以及软磁和硬磁相的成分比例对磁交换弹性耦合的强度有很大的影响.变温磁测量显示,温度为20K时,复合纳米介质的表面自旋冻结效应导致饱和磁化强度显著增加.Henkel测量显示,对分散的CoFe_2O_4和MnFe_2O_4复合介质,磁偶极相互作用占主导作用.