超磁致伸縮換能器多場耦合非線性模型及其數(shù)值分析.pdf

1、超磁致伸縮換能器是一種基于超磁致伸縮材料將電磁能轉(zhuǎn)化成機械能的電磁裝置。大量實驗結(jié)果表明，超磁致伸縮換能器在正常工作狀態(tài)下的輸出特性隨磁場、應力場、溫度場的多場耦合作用而明顯變化。因此，建立超磁致伸縮材料和換能器的多物理場耦合非線性模型具有實際意義。
　　首先，本文通過對幾種經(jīng)典的磁致伸縮材料的對比和分析，選取Terfenol-D棒為超磁致伸縮換能器的核心元件?；跓崃W理論，著重考慮溫度效應對于材料特性的影響，建立了能表征磁致伸

2、縮材料自身磁－機－熱多場耦合特性的非線性應變模型，并進一步分析溫度效應對材料磁致伸縮應變和材料整體應變的影響。
　　然后，基于磁－機－熱多場耦合磁致伸縮材料非線性應變模型，從能量守恒原理出發(fā)，考慮釘扎損耗、渦流損耗和附加損耗的影響，分析飽和磁化強度、可逆系數(shù)、釘扎系數(shù)在溫度效應下的變化，建立了與頻率相關(guān)的磁化強度方程，通過牛頓迭代法求得磁化強度的值，從而求得磁致伸縮材料層次的輸出應變，并對磁致伸縮材料多場耦合動態(tài)磁滯行為進行分析，

3、為建立換能器系統(tǒng)層次模型提供了基礎。
　　最后，基于建立的超磁致伸縮材料層次輸出應變模型，考慮換能器振動的結(jié)構(gòu)動力學模型和相應的邊界條件，從一維振動角度出發(fā)，采用有限元分析方法，構(gòu)造出包含矩陣向量的二階暫態(tài)動力學方程，推導出質(zhì)量矩陣、剛度矩陣、阻尼矩陣和激勵矢量的表達式，從而建立了反映材料和器件雙層次多場耦合作用的超磁致伸縮換能器模型。為了驗證所建立模型的正確性和有效性，利用編程軟件對換能器的輸出應變進行了數(shù)值計算，模型的計算結(jié)果