Galfenol智能悬臂梁动力学模型涉及材料本征非线性与悬臂梁机械模型的耦合,其中Galfenol材料的磁各向异性使其磁-机-热之间的耦合不仅是强度上的耦合,更是各场强在方向上的耦合。目前关于Galfenol本征模型的研究普遍基于磁各向同性的一维建模方法,掩盖了材料磁各向异性的本质。提出在考虑磁各向异性的前提下,基于Galfenol材料与磁场、热力场、应力场、动态涡流损耗之间的复杂耦合关系,建立材料的三维本征非线性模型;研制Galfenol智能悬臂梁,将Galfenol材料的本征非线性与悬臂梁的动态响应进行耦合,研究材料层对悬臂梁动态行为的影响,建立驱动场与输出负荷之间的耦合模型。项目开展Galfenol复合悬臂梁动力学模型及其结构和参数优化设计研究,对进一步认知Galfenol材料的磁致伸缩机理具有重要意义。成果可应用于微位移致动、振动控制、光反射精密定位等领域,具有广阔的应用前景。
Galfenol;Smart cantilever beam;Anisotropy;Intrinsic nonlinear;Dynamic coupling
本项目以智能结构为背景,以Galfenol智能悬臂梁为对象,从理论和实验两方面研究悬臂梁在精密驱动过程中的动力学特性。通过以陈定方教授为核心的团队成员四年多努力,揭示了Galfenol 材料的磁致伸缩机理,研究了该材料与磁场、应力场、动态涡流损耗之间的复杂耦合关系,建立了考虑各向异性的Galfenol合金本征非线性模型;进一步将材料本征模型与悬臂梁的动态响应进行耦合,建立了智能悬臂梁驱动磁场与输出负荷之间的非线性动力学模型,解决了Galfenol智能悬臂梁动力学模型中的若干关键问题。研究成果可为相应器件的研发提供重要理论基础,同时通过本项目的研究,形成了一支活跃于学术前沿并有一定影响力的研究队伍。