本文選題：磁致伸縮 + 磁滯回線　； 參考：《吉林大學》2017年碩士論文

【摘要】：鐵磁材料作為一種重要的功能材料,被廣泛應用于工業(yè)和日常生活中。然而,鐵磁材料的生產(chǎn)、應用與其力學和磁學性能有著密不可分的關(guān)系。特別是隨著科學技術(shù)的發(fā)展,越來越多的鐵磁材料在高溫、復雜機械載荷作用下服役,顯然測試手段單一的傳統(tǒng)磁性檢測技術(shù)已無法滿足復雜服役環(huán)境下鐵磁材料性能的測試需求。因此,研制能夠?qū)Χ鄨鲴詈献饔孟妈F磁材料力磁響應進行有效測量的儀器,據(jù)此開展其服役性能測試的研究,將為鐵磁材料研發(fā)、性能分析與可靠性評估提供基礎(chǔ)和支撐,不僅有助于推動材料科學的發(fā)展,還有望產(chǎn)生顯著的經(jīng)濟效益。論文對多物理場耦合作用下材料性能測試理論與技術(shù)的國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀進行了綜述分析,特別介紹了鐵磁材料性能測試的基本理論與方法。在此基礎(chǔ)之上,開發(fā)了多載荷多物理場耦合材料微觀力學性能測試儀器中的磁致伸縮特性核心測試單元,對商業(yè)化磁滯回線測試裝置進行了功能擴展,針對三種典型鐵磁材料開展了多物理場耦合作用下力學、磁學響應的試驗研究。論文的主要研究工作如下:論文基于多物理場耦合測試理論與技術(shù),設(shè)計提出了多載荷多物理場耦合材料微觀力學性能測試儀器的磁致伸縮特性測試單元。采用Ansys中的Workbench模塊對所設(shè)計的測試單元中關(guān)鍵零部件特性以及溫度和磁場分布進行了仿真分析,對應變測量系統(tǒng)、定位平臺精度等性能進行了測試分析,驗證了所設(shè)計的測試單元的結(jié)構(gòu)合理性。在此基礎(chǔ)上,對購置的商業(yè)化磁滯回線測試裝置進行了功能擴展。購置的商業(yè)化磁滯回線測試裝置不具備力檢測功能,無法開展力磁耦合試驗,因此在裝置內(nèi)增加了蝶形彈簧,通過測量碟簧的變形量,推導出試件所承受的壓力,進而可以開展不同壓力下的磁滯回線測試;裝置不具備低溫加載功能,無法開展低溫下的相關(guān)試驗,因此增加了低溫腔單元,將被測試件置于低溫腔中,向低溫腔通入低溫無水乙醇進行降溫,進而可以開展低溫下的磁滯回線測試。就功能擴展后的裝置進行了性能測試分析,采用鋁鎳鈷標樣驗證了測試裝置的精度和重復性。在上述工作的基礎(chǔ)上,論文選擇鋁鎳鈷、鐵氧體和鋱鏑鐵作為典型研究對象,開展了較為系統(tǒng)的多物理場耦合作用下力學、磁學響應的試驗研究。針對鋱鏑鐵開展的磁致伸縮特性測試研究后發(fā)現(xiàn):高溫作用和垂直于磁場方向的壓應力作用,導致鋱鏑鐵各方向的磁致伸縮性能產(chǎn)生弱化現(xiàn)象。論文進一步對鋁鎳鈷、鐵氧體和鋱鏑鐵開展了多物理場耦合作用下磁滯回線等性能響應的試驗研究。針對鋁鎳鈷的研究發(fā)現(xiàn):壓力增加會導致鋁鎳鈷內(nèi)稟矯頑力逐漸降低,但對剩余磁化強度無顯著影響;溫度升高則會導致內(nèi)稟矯頑力和剩余磁化強度逐漸降低。針對鐵氧體的研究發(fā)現(xiàn):溫度升高導致鐵氧體剩余磁化強度降低、內(nèi)稟矯頑力升高;壓力作用對剩余磁化強度和內(nèi)稟矯頑力無顯著影響。針對鋱鏑鐵的研究發(fā)現(xiàn):鋱鏑鐵的最高磁化強度隨溫度的降低非常明顯,而壓力的增加將使最高磁化強度呈下降的趨勢。
[Abstract]:Ferromagnetic materials, as an important functional material, are widely used in industry and daily life. However, the production and application of ferromagnetic materials have an inseparable relationship with their mechanical and magnetic properties. In particular, with the development of science and technology, more and more ferromagnetic materials are in service under high temperature and complex mechanical loads. A single traditional magnetic testing technique has been unable to meet the testing requirements of ferromagnetic materials in complex service environment. Therefore, an instrument for effective measurement of the force and magnetic response of ferromagnetic materials under multi field coupling is developed, and the research on its service performance test will be developed for ferromagnetic materials, performance analysis and reliability evaluation. The basis and support are provided, not only to promote the development of material science, but also to produce significant economic benefits. This paper summarizes and analyzes the domestic and international development status of the theory and technology of material performance testing under the coupling of multiple physical fields, especially the basic theories and methods of the performance testing of ferromagnetic materials. The core testing unit of magnetostrictive characteristic in the micromechanical properties testing instrument of multi load and multi physical field coupling material is developed. The function expansion of the commercial hysteresis loop test device is extended. The experimental study on the mechanical and magnetic response of three typical ferromagnetic materials under the multi physical field coupling is carried out. The main Research of this paper is the paper. The work is as follows: Based on the theory and technology of multi physical field coupling test, the magnetostrictive characteristic test unit of the micromechanical properties testing instrument for multi load and multi physical field coupling material is designed and proposed. The Workbench module in Ansys is used to simulate the characteristics of the key parts and the distribution of the temperature and magnetic field in the designed test unit. In the true analysis, the performance of the variable measurement system and the positioning platform precision are tested and analyzed, and the structure rationality of the designed test unit is verified. On this basis, the commercial hysteresis loop test device has been expanded. The commercial hysteresis loop test device is not capable of carrying out the force detection function and can not carry out the force. As a result of the magnetic coupling test, the butterfly spring is added to the device. By measuring the deformation of the disc spring, the pressure of the specimen is derived and the hysteresis loop test under different pressure can be carried out. The device does not have the function of low temperature loading and can not carry out the related test under low temperature. Therefore, the cryogenic cavity unit is added to the test piece. In low temperature cavity, low temperature anhydrous ethanol is cooled to low temperature cavity, and then the hysteresis loop test can be carried out at low temperature. The performance test and analysis of the device after the function expansion are carried out. The accuracy and repeatability of the test device are verified by the aluminum nickel cobalt standard. Iron, as a typical research object, has carried out an experimental study of mechanical and magnetic response in a more systematic multi physical field coupling effect. The study of magnetostrictive characteristics of terbium dysprosium iron found that the effect of high temperature and compressive stress perpendicular to the direction of the magnetic field resulted in the weakening of magnetostrictive properties in all directions of Terbium and dysprosium iron. In this paper, an experimental study was carried out on the performance of the hysteresis loop of the aluminum nickel cobalt, ferrite and terbium iron under the multi physical field coupling. The study of alino cobalt found that the increase of pressure would decrease the intrinsic coercive force of the aluminum and nickel and cobalt, but had no significant influence on the residual magnetization; the increase of temperature would lead to intrinsic coercive force and the intrinsic coercive force. The residual magnetization of the ferrite decreased gradually. The study of ferrite found that the increase of the residual magnetization and intrinsic coercivity of ferrite had no significant effect on the residual magnetization and intrinsic coercivity. The increase of pressure will decrease the maximum magnetization.

【學位授予單位】：吉林大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TM271

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本文編號：1846609