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涡电流热效应对Terfenol-D棒材动态响应的影响

谭艺明  
【摘要】: 超磁致伸缩材料作为一种新型的智能材料具有很多优越性,特别是良好的温度特性使其在众多的功能材料里备受瞩目。而由于超磁致伸缩材料不仅对磁场和预应力,同时也对温度变化十分敏感,因此,温度也是对磁致伸缩材料性能产生影响的一个关键因素。Terfenol-D作为执行器的主要成分,常处于时变磁场的工作环境下,因此在棒材横截面会有涡电流产生。涡电流会导致棒材内部的温度升高,如果涡电流产生的热无法及时通过热传递,热对流等方式得以耗散,就会影响棒材的动态响应。为了证明涡电流产生的热效应对超磁致伸缩棒材位移输出造成影响,本文首先由Maxwell方程组出发,推导出棒材横截面涡电流控制方程和温度场控制方程,并推导出其有限元形式,求出棒材内横截面上的涡电流及涡电流引起的温度变化量的数值解,再将其带入磁致伸缩棒材的一维热本构,通过数值计算得出涡电流热效应对超磁致伸缩棒材动态响应的影响。由结果可以看出,涡电流的热效应可以使得棒材振动的振幅,平衡位置,共振频率,共振振幅等发生很大的变化。最后,为了减小涡电流的影响,将棒材沿轴向切割,用有限元方法计算得出切割后棒材横截面上的涡电流及温度场,由结果可以看出通过有效切割棒材,可以减小涡电流的热影响。


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