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GMM材料温度特性测试及应用建议

时间:2023-06-30 理论教育 版权反馈
【摘要】:GMM的居里温度为380℃左右,当工作温度低于居里温度时,GMM呈现铁磁性,材料呈现磁致伸缩效应;当工作温度高于居里温度时,GMM呈现顺磁性,磁致伸缩现象消失。当温度趋于居里温度时,交换能减少,使得磁致伸缩系数减小,所以GMM的工作温度一般不超过150℃。GMM棒的最佳工作温度范围为30~50℃。另外,在实验过程中,尽量减小致动器的持续工作时间,以降低温度对致动器测试结果的影响。

GMM材料温度特性测试及应用建议

GMM的居里温度为380℃左右,当工作温度低于居里温度时,GMM呈现铁磁性,材料呈现磁致伸缩效应;当工作温度高于居里温度时,GMM呈现顺磁性,磁致伸缩现象消失。另外,GMM的磁致伸缩特性还具有可恢复性,即温度低于居里温度时,GMM由顺磁性转变为铁磁性,消失的磁致伸缩性能又会恢复[148]

GMM的磁致伸缩系数随着温度的变化而略有不同,温度变化时,磁畴畴壁移动和磁畴转动所消耗的能量会产生相应的变化,磁畴的易磁化方向也会发生变化。当温度趋于居里温度时,交换能减少,使得磁致伸缩系数减小,所以GMM的工作温度一般不超过150℃。另外,GMM具有较大的热膨胀系数,国产GMM的热膨胀系数约为1.2×10-6/℃,GMM的热膨胀也是引起磁致伸缩系数变化的一个重要原因。

由于GMM棒和线圈间的空间非常小,无法放置热电偶探头,故将热电偶探头放置在线圈一端贴近GMM棒的部位,如图2-12所示,测量的温度会稍低于GMM棒实际工作的温度。

在无偏置磁场、预应力为10 MPa的实验条件下,GMM棒的磁致伸缩系数随温度的变化如图2-13所示。从图2-13可以看出,温度对GMM的磁致伸缩系数有一定影响,随着温度的上升,磁致伸缩系数逐渐增大;温度在35℃左右时,磁致伸缩系数达到最大值;随着温度的进一步升高,磁致伸缩系数开始逐渐减小。GMM棒的最佳工作温度范围为30~50℃。

图2-12 热电偶探头的安装位置

图2-13 磁致伸缩系数随温度的变化

超磁致伸缩致动器长时间工作时,GMM棒温升的原因主要有两个:一是驱动线圈电阻消耗的能量转化为热量,使得线圈温度升高;二是交变的激励磁场会在GMM内部感应出呈涡旋状的涡电流,涡电流产生的涡流损耗也会引起GMM的温升,而且频率越高,涡流损耗引起的温升就越明显。为了减小温度对GMM磁致伸缩应变的影响,通常采用冷却装置对工作温度进行控制,最常用的方法是强制冷却法,即在GMM棒上缠绕一层冷却管,通过液体(水、油)循环流动来降低或控制GMM棒的工作温度[149],其工作原理如图2-14所示。(www.xing528.com)

图2-14 强制水冷却的工作原理

另外,对于径向尺寸比较大的GMM棒,还可以进行轴向或径向的切片处理[150],切片间用绝缘环氧树脂胶粘合,以降低GMM内部的涡流效应,如图2-15所示。

图2-15 GMM棒切片处理

本书采用的GMM棒直径较小(φ3 mm),不适合进行切片处理。设计的箝位式致动器结构比较复杂(例如箝位式旋转致动器采用了9根GMM棒),额外增加冷却装置比较困难,故采用风冷方式进行冷却,如图2-16所示。另外,在实验过程中,尽量减小致动器的持续工作时间,以降低温度对致动器测试结果的影响。

图2-16 冷却装置

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