外形结构对Terfenol⁃D棒发热的影响

为了减小Terfenol⁃D棒工作时的发热,实现超磁致伸缩换能器、致动器的持续稳定工作。利用COMSOL Multiphysics有限元软件对三种结构的稀土棒进行温度场仿真计算。加工的三种稀土棒在工作了同一段时间后,对其温升进行实验测试。结果表明,未切割棒的温度最高,该棒的温度中部高两端低,外径表面的温度高内部的温度低;与未切割棒相比,切片和切缝棒的温度均降低,切片棒的温度小于切缝棒;切缝棒的温度中部高两端低;切片棒的温度分布的比较均匀。几种结构稀土棒温度的有限元计算值和实验测试值的变化趋势基本吻合。

3D打印导板辅助坏死灶刮除联合陶瓷棒植入术治疗中早期股骨头坏死效果观察

目的观察3D打印导板辅助坏死灶刮除联合陶瓷棒植入术治疗中早期股骨头坏死的临床效果。方法中早期股骨头坏死患者40例(48髋),分为3D打印组20例(24髋)和对照组20例(24髋),3D打印组采用3D打印导板辅助坏死灶刮除联合陶瓷棒植入术;对照组采用传统坏死灶刮除联合陶瓷棒植入术。比较两组围手术期指标(手术时间、术中透视次数、切口长度和手术出血量等),术前及术后3、6、12个月髋关节Harris评分,视觉模拟评分(VAS)及末次随访时股骨头存活率。结果3D打印组手术时间、术中透视次数及手术出血量少于对照组,手术切口长度长于对照组(P均<0.05);两组治疗后3、6、12个月髋关节Harris评分均有所提高,3D打印组术后3个月Harris评分优于对照组(P均<0.05)。两组术后VAS低于术前,3D打印组术后3个月VAS低于对照组(P均<0.05)。术后末次随访影像学检查显示,3D打印组1例股骨头发生轻度塌陷,髋关节活动尚可,未行髋关节置换术,股骨头存活率为95.83%;对照组3例股骨头发生不同程度塌陷,其中1例因髋关节明显活动受限行人工全髋关节置换术,股骨头存活率为87.50%;两组股骨头存活率差异无统计学意义(P>0.05)。结论3D打印导板辅助坏死灶刮除联合陶瓷棒植入术治疗中早期股骨头坏死可准确定位坏死灶,有效缩短手术时间,减少X线透视次数和手术出血量,更有利于早期恢复。

不同结构Terfenol-D棒的高频振动性能研究

为了高效应用Terfenol-D棒,研究了六种结构的棒。利用有限元软件对不同棒的磁芯损耗进行了仿真计算,并对其进行动力学仿真研究。加工了其中三种结构的棒,对棒的输出振幅进行了试验测试。结果表明:外径表面处,未处理棒的磁芯损耗最大;切片处理和切缝处理棒的磁芯损耗均减小,切片处理棒的磁芯损耗小于切缝处理。外径切缝棒整体的损耗最大;径向切割并粘接棒和切片处理棒整体的损耗小于未处理棒和外径切缝棒;两端切片棒整体的损耗大于切片并开槽棒和切片处理棒。未处理棒的谐振频率最高,机械品质因数最大,振幅最小;与未处理棒相比,切片处理棒或切缝处理棒的谐振频率和机械品质因数减小,振幅增大;切片处理棒的谐振频率和机械品质因数小于切缝处理棒,振幅远大于切缝处理棒。

外应力对Terfenol-D棒的应变和磁感应强度的影响

超磁致伸缩材料Terfenol-D是一种新型的功能材料,以Terfenol-D为核心元件设计各种换能器时,磁场H和应力σ是必须考虑的因素。研究了一定偏置磁场下外加压应力对Terfenol-D棒的应变和磁感应强度的影响。首先测试了在一定的偏置磁场下外压应力和应变的关系,结果表明偏置磁场一定时,应变和应力之间的关系复杂,可用磁性材料技术磁化理论来解释。其次又测试了一定偏置磁场下的外加动态应力和磁感应强度的关系,测试结果表明一定的偏置磁场下,外加压应力增加,磁感应强度减小;偏置磁场为5kA/m时,磁感应强度达到最大值。该实验结果可以为基于Terfenol-D的换能器件的设计提供技术支持。

Terfenol-D棒磁致伸缩特性及可加工性能研究

Terfenol-D中磁致伸缩应变与磁场强度关系的非线性,影响了磁致伸缩控制元件的精度和稳定性。拟采用轴向开槽的方式降低Terfenol-D棒由于涡流损耗产生的热致变形。但是由于材料本身的物理特性,Terfenol-D棒体加工难度很大。为对Terfenol-D材料的加工性能进行研究,选用了线切割和精密磨削两种方式对Terfenol-D棒进行开槽处理,结果表明线切割后加工表面虽然有一定的剥落凹坑产生,但对棒体的磁致伸缩特性影响较小。Terfenol-D棒开槽前后伸缩量测试结果表明在棒体表面开4轴向槽可以降低材料的涡流损耗,提高输出位移-磁场强度关系的线性度。

Terfenol-D棒的切割计算方法及其等效电路

为减小Terfenol-D棒的涡流损耗,提高工作效率,需要对Terfenol-D棒进行切割后使用.一般利用电磁有限元软件M axwell计算切割份数.本文提出一种简便的几何计算方法,用以计算满足极限工作频率要求的切割份数.在考虑与Terfenol-D棒一道构成闭合磁路的外部材料时,导出了这种磁致伸缩棒工作时的等效电路.本文的计算方法与算例相吻合.

Terfenol-D棒多场耦合J-A建模与仿真分析

在简单总结现有的磁滞模型基础上,综合考虑温度、应力和磁场对磁滞模型的影响,对磁滞模型的参数和有效场进行修正后,建立了磁-力-热多场耦合J-A模型。采用欧拉法与牛顿法对所建新模型进行数值模拟,分析在不同温度和应力的作用下其二者对Terfenol-D棒磁滞回线非线性特性的影响。结果表明,温度和应力对Terfenol-D棒的M-H曲线和磁致伸缩系数λ和λ-H曲线影响较大,在两者的作用下M-H曲线主要呈现"翻转效应",而λ和λ-H的线性区间随着温度的升高减小,随着压应力的增大而增大。与已有的模型进行比较,所搭建的模型不仅能够很好地描述Terfenol-D棒磁滞回线的温度特性与其非线性特性,而且在相同的温度和应力作用下,该模型的M-H曲线和λ-H曲线的线性区间较大。

3D打印辅助经后路椎弓根钉棒内固定对强直性脊柱炎并胸腰椎骨折患者手术应激及腰椎功能的影响

目的探讨3D打印辅助经后路椎弓根钉棒内固定对强直性脊柱炎(AS)并胸腰椎骨折患者手术应激及腰椎功能的影响。方法选取2018年1月至2022年1月收治的72例AS并胸腰椎骨折患者为研究对象,根据随机数表法将其分为对照组(36例,经后路椎弓根钉棒内固定治疗)与观察组(36例,3D打印辅助经后路椎弓根钉棒内固定治疗)。比较两组的治疗效果。结果观察组的临床疗效优良率高于对照组(P<0.05)。观察组的手术时间短于对照组,术中出血量、术后引流量少于对照组(P<0.05)。术后1 d,两组的皮质醇(Cor)、去甲肾上腺素(NE)水平均显著升高,但观察组低于对照组(P<0.05)。术后1、3个月,两组的伤椎前缘高度比均高于术前,矢状位Cobb角均小于术前,且观察组优于对照组(P<0.05)。术后1、3个月,两组的视觉模拟评分法(VAS)、Oswestry功能障碍指数(ODI)评分均低于术前,且观察组低于对照组(P<0.05)。结论3D打印辅助经后路椎弓根钉棒内固定可缩短AS并胸腰椎骨折患者的手术时间,减少术中出血量、术后引流量,减轻手术应激反应及疼痛程度,改善伤椎前缘高度比、矢状位Cobb角,进而恢复患者的腰椎功能。

Terfenol-D棒的电磁损耗研究

为高效利用Terfenol-D棒,研究3种结构Terfenol-D棒。用COMSOL Multiphysics有限元软件对3种棒的磁滞损耗、涡流损耗及损耗因数进行仿真计算,加工后测试其损耗因数。结果表明:未处理棒外径表面的磁滞损耗和涡流损耗最大,切片处理和切缝处理棒表面的涡流损耗和磁滞损耗均减小,切片处理棒的表面的磁滞损耗和涡流损耗小于切缝处理棒。切缝处理棒整体的磁滞损耗和涡流损耗最大;切片处理棒整体的磁滞损耗和涡流损耗最小,每种棒的涡流损耗均大于磁滞损耗。棒损耗因数的计算值和实测值基本吻合。

Terfenol-D超磁致伸缩换能器的有限元模拟

本文研究了利用ANSYS软件分析磁致伸缩换能器，使这一有限元分析软件能够用于TerfenolD换能器的分析设计。设计了14kHzTerfenol－D纵向技能器，计算结果与实验结果符合很好。

基于不完美CSI的D2D通信网络鲁棒能效资源分配算法

针对设备到设备(D2D)直连通信网络传统最优资源分配算法在随机信道时延、信道估计误差影响下鲁棒性弱的问题,该文在考虑参数不确定性影响的条件下,提出D2D用户总能效最大的鲁棒资源分配算法。考虑干扰功率门限、用户最小速率需求、最大传输功率和子信道分配约束,建立了下垫式频谱共享模式下多用户D2D网络资源分配模型。基于有界信道不确定性模型,利用最坏准则方法将原非凸鲁棒资源分配问题转换为确定性的凸优化问题。然后利用拉格朗日对偶理论求得资源分配的解析解。仿真结果表明所提出的算法具有很好的鲁棒性。

800Hz Terfenol-D鱼唇式弯张换能器

本文研制了８００Ｈｚ Ｔｅｒｆｅｎｏｌ－Ｄ鱼唇式弯张换能器，换能器设计中采用永磁偏磁场和能有效抑制涡流损耗的闭合磁路结构，最高声源级１８５ｄＢ，－３ｄＢ带宽１８０Ｈｚ。这种鱼唇式弯张换能器克服了连续直流提供偏磁场时发热强的缺点，并且仅需要普通的功率放大器，更适于长时间连续工作，使这一新型低频大功率水声换能器趋于实用化。

Terfenol棒的磁致伸缩等效电路

在推导Ｔｅｒｆｅｎｏｌ磁致伸缩棒工作的等效电路时，考虑了与其一道构成闭合磁路的外部材料。研究表明：外部磁路材料在等效电路中的作用相当于在电路两端并联一个电感，选择高磁导率的材料作为外部磁路材料，可忽略它带来的电感影响，有利于减小漏磁损耗。

Terfenol-D/PZT/Terfenol-D层状复合磁电传感器磁电效应

采用树脂粘结法制作了L-T型(磁致伸缩层的磁化方向与压电层的极化方向相互垂直)Terfenol-D/PZT/Terfenol-D层状复合磁电传感器。采用等效电路法对磁电系数进行了详细推导,得到磁电系数方程。磁电系数方程显示磁电系数决定于Terfenol-D与PZT的性能参数和磁电传感器中两种材料的体积比。为此从理论和实验上分析了偏置磁场、传感器中两种材料所占的体积比以及驱动磁场频率对磁电系数的影响规律。结果表明偏置磁场、传感器中两种材料所占的体积比和驱动磁场频率对磁电传感器磁电系数的影响都很明显,并且磁电系数的计算结果与实验结果一致,对于所制作的复合磁电传感器,相同条件下磁电系数的计算值与实验值的相对差值小于6%。

Terfenol-D材料变负载时的磁致伸缩特性分析

关于稀土超磁致伸缩材料Terfenol-D的磁致伸缩特性国内外已有大量报道,但大多数都是基于载荷(预紧力)在磁致伸缩过程中保持不变条件下的磁致伸缩特性研究。本文在这些研究的基础上分析了Terfenol-D材料在变负载时的磁致伸缩特性,介绍了变负载动态特性曲线的求解方法并讨论了恒载与变载时特性曲线的特点与差异。

高介电常数PVDF/PZT/Terfenol-D复合材料的介电性能研究

以聚偏氟乙烯(PVDF)为聚合物基体,PZT为陶瓷相,稀土铁合金粒子Terfenol-D为添加组分,运用聚合物熔融压片法制备了聚合物体积含量为30%的0.3PVDF/(0.7-f)PZT/fTerfenol-D三相复合材料。研究了Terfenol-D的体积含量、频率对复合材料介电性能的影响。结果显示:Terfenol-D粒子的加入,可以提高0.3PVDF/0.7PZT复合材料的介电常数,PVDF/PZT/Terfenol-D复合材料具有介电常数高、介电损耗小的特点。

Terfenol-D球形低频换能器

本文设计并制作了一种Terfenol—D球形换能器,使用有限元分析软件ANSYS对换能器的电声参数进行模拟计算,计算结果与实验结果符合很好。换能器水中谐振频率f=6.3kHz,Q-3dB=2.63,证明具有低频、宽带的特点。

偏置优化对Terfenol-D致动器性能的影响

从分析Terfenol-D材料的磁致伸缩机理出发,引申出预应力和偏置磁场是影响超磁致伸缩致动器性能的重要因素。零偏置磁场驱动下不同预应力对致动器位移输出影响的实验和零预应力下两种偏置磁场对致动器输出性能的比较实验,验证了合理选择预应力和偏置磁场可有效地改善致动器性能的论点。预应力和磁偏置的实验矩阵确定了不同预应力对应的优化偏置磁场,实际设计中需根据致动器要求确定优化的偏置条件。

基于Eshelby等效夹杂理论的Terfenol-D复合材料磁致应变模型

基于Eshelby等效夹杂理论和Mori-Tanaka方法建立了Terfenol-D复合材料中合金颗粒平均应力、扰动应变和复合材料整体平均应变的计算模型,并利用此模型对Terfenol-D复合材料在不同制备工艺条件下的饱和磁致伸缩应变进行了计算.结果表明:Terfenol-D复合材料的饱和磁致伸缩应变随粘结剂含量的增加而呈线性下降,但粘结剂含量不能过少,合适的粘结剂含量应在2.5%～4.0%之间;随复合材料外加预压应力的增大,其饱和磁致伸缩应变增大;实验结果与模拟结果的数据曲线趋势一致.

Terfenol-D磁致伸缩微小驱动器磁路设计

提高磁致伸缩驱动器驱动效率的关键环节是建立优化的驱动器磁路。本文基于准静态条件下线性磁致伸缩理论,得出磁致应变S与磁致伸缩材料内部磁场强度B的关系;并根据对无永磁磁偏磁路的分析进一步得出磁致应变S与磁路磁阻R和漏磁磁阻R1的对应关系。应用有限元方法对3种典型磁路结构的磁化效果进行对比分析,验证磁路结构的变化——即磁阻R和漏磁磁阻R1的相应改变对磁致伸缩材料磁化程度的不同影响,进而得出微小驱动器磁路壳体适宜壁厚为2mm,导磁材料的磁导率为2000μ0。根据此结果和磁路设计的2个遵循原则,对一7mm×20mmTerfenolD棒驱动的驱动器进行了磁路设计,应用ANSYS验证了该结构设计的合理性,并试制了驱动器样机。