超磁致伸缩换能器耦合磁弹性模型与振动特性分析

针对应用于非圆车削加工的超磁致伸缩换能器，建立了其耦合磁弹性动力学模型与复系数动力学微分方程。基于实验建立的激励电流-磁致伸缩材料轴向位移-磁场强度三者之间的关系式，得到了换能器磁-力-位移关系的磁动方程的解析解，分析了系统的频响特性及不同频率下，激励电流与换能器输出位移之间的滞回关系，对现有磁场—电流公式进行了修正，讨论了偏置磁场对系统的影响，并与数值解进行了对比。结果表明超磁致伸缩换能器的输出位移与输入激励电流之间的滞回环及其环方位与激励频率有关，且修正公式与实验所得结论完全一致。换能器的频响关系具有明显的共振和反共振特性，且频响曲线的正负向决定了滞回环的方位，换能器输出位移的绝对值决定了滞回环包围面积的大小。换能器滞回环的面积、倾斜度随偏置磁场的增大而增大。本文的结果为换能器的控制与优化提供了理论基础。