磁弹耦合效应.ppt

《磁弹耦合效应.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、磁弹耦合效应孔祥聪唐亚兵葛晓婧磁弹耦合效应定义：磁弹耦合效应是反应磁性材料磁学性质（μ）和力学性质（σ/S）相互关系的一种现象。包括磁致伸缩效应和逆磁致伸缩效应（也称压磁效应、磁弹效应）。磁致伸缩效应定义：磁致伸缩，就是物体在受到外磁场作用时,沿磁力线方向会产生伸缩相对变形。磁致伸缩的大小以相对伸缩值λ=Δl/l表示。“λ”即磁致伸缩系数。一切铁磁材料都具有磁致伸缩效应，不同材料的磁致伸缩效应不同，有些材料在外磁场作用下伸长，具有正的磁致伸缩系数；还有些材料在磁场作用下缩短，具有负的磁致伸缩系数。根据铁磁材料在磁场中的几何尺寸变化的形式不同，磁致伸缩效

2、应可分为纵向效应、横向效应、扭转效应和体积效应。磁致伸缩效应的本质原理小磁畴的旋转被认为是磁致伸缩效应改变长度的原因。磁畴旋转以及重新定位导致了材料结构的内部应变。结构内的应变导致了材料沿磁场方向的伸展（由于正向磁致伸缩效应）。在此伸展过程中，总体积基本保持不变，材料横截面积减小。总体积的改变很小，在正常运行条件下可以被忽略。增强磁场可以使越来越多的磁畴在磁场方向更为强烈和准确的重新定位。所有磁畴都沿磁场方向排列整齐即达到饱和状态。右图为长度随磁场强度变化的理想化。磁畴旋转的示意图如右图。在外磁场作用下，小磁畴受力改变其取向，随着磁场的增大，越来越多的

3、磁畴取向发生改变并趋于一致，且其取向偏离原取向的角度也逐渐增大。按照所加外磁场的大小逐一来看。在0和1区间之间，提供的磁场很小，磁畴几乎不体现其定位模式。在1-2区间，我们设想，应变与磁场之间存在几乎趋于线性的关系。因为关系简单，容易预测材料的性能，所以，大部分设备被设计工作于这个区间。曲线超过点2后，应变与磁场关系又变为非线性，这是由于大部分磁畴已经按照磁场的方向排列整齐。在点3，出现饱和现象，阻止了应变的进一步增加。磁致伸缩效应特点（1）磁致伸缩所引起的相对变形量很小，约在10-6数量级。（2）磁致伸缩应变与材料的性质、加工方法和预先磁化的程度有关

4、。不同的铁磁材料在相同的磁场强度H的作用下，所产生的伸长或缩短的大小是不相同的。（3）磁致伸缩材料具有磁致伸缩饱和现象，即当外加磁场强度由小逐渐加大时，应变开始随之增加，但当磁场增至一定程度以后，应变就不再增加了，称此时的最大磁致伸缩应变为饱和磁致伸缩应变。（4）磁致伸缩形变与温度有密切关系，当温度升高时，由于铁磁材料晶格的变化，磁化强度会发生变化。有些材料的磁致伸缩随温度呈直线下降，有的先升高后下降，有的下降到零后又升高再下降。不管是哪种变化情况，它们都存在一个QT的温度，一旦到达这一温度，自发磁化不再存在，铁磁体变为顺磁体，称为材料的居里点。要利用

5、磁致伸缩材料的磁致伸缩效应，必须让它处于远低于居里点的温度环境内。（5）磁致伸缩材料的磁致伸缩应变与磁场的方向无关，即当磁场的方向改变而数值不变时，所产生的应变的大小和符号不变，说明应变S是磁场强度H的偶函数，即S=Δl/l=Ψ(H2)或S=Ψ(B2)。实验证明，在棒自由情况下，S=K(B)B2式中K(B)为比例系数，它是磁感应强度B的函数。（6）铁磁材料在外磁场作用下能产生磁致伸缩应变，由此产生的机械应力，称为磁致伸缩应力Tm，它可表示为Tm=YΔl/l=YK(B)B2式中Y为杨氏模量。在极化时,可认为Tm=α(B0)B，α(B0)称为磁致伸缩应力常

6、数，是B0的函数。磁致伸缩材料磁致伸缩材料在外磁场的作用下，其长度或体积发生形变，主要长度的形变，因而发生位移而做功，或在交变磁场中，反复伸长或缩短，从而引起振动或声波，这种材料可将电磁能(或电磁信息)转换成机械能或声能(或机械位移信息或声信息)，是重要的能量和信息转换材料。因此，具有较大磁致伸缩系数（一般λs≥40*10-6)的材料称为磁致伸缩材料。选用磁致伸缩材料的要求是：饱和磁致伸缩应变λs要大，磁致伸缩应变对磁场的变化率（dλ/dH）max要大，即要求在低磁场下有很高的λ值，电磁能与机械能的相互转换效率要高。自发现物质的磁致伸缩效应后，人们研究

7、和发展了一系列磁致伸缩材料，主要有3大类：（1）磁致伸缩的金属与合金，如镍（Ni)基合金（Ni,Ni-Co合金，Ni-Co-Cr合金）和铁基合金（如Fe-Ni合金，Fe-Al合金，Fe-Co-V合金等）；（2）铁氧体磁致伸缩材料，如Ni-Co和Ni-Co-Cu铁氧体材料等。前两种称为传统磁致伸缩材料，其λ值较小，在20~80ppm之间；（3）近期发展了稀土金属间化合物磁致伸缩材料，称为稀土超磁致伸缩材料。它以（Tb(铽),Dy(镝))Fe2化合物为基体的合金，如Tb0.3Dy0.7Fe1.95材料（Tb-Dy-Fe材料）的λ达到(1500~2000)p

8、pm,比磁致伸缩的金属与合金和铁氧体磁致伸缩材料的λ大1~2个数量级，称为稀土超磁致伸缩材料。