磁性薄膜材料剩磁分布与弯曲形式的关系探究.pdf
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1、:./.磁性薄膜材料剩磁分布与弯曲形式的关系探究鲁太平师明星(西南交通大学 力学与航空航天学院四川 成都)摘 要:磁场驱动的智能软材料在软体机器人、生物医疗诊断、柔性电子等领域具有潜在的应用前景 软材料内部的磁场分布形式决定了材料的变形行为而材料内部的剩磁分布由其充磁时的弯曲形式控制 该文探究了薄膜状硬磁性软材料内部剩磁分布与其充磁时弯曲形状之间的关系 通过对薄膜充磁时弯曲形式的控制实现了对其内部剩磁分布的控制 为了验证关系式的合理性基于力磁耦合本构模型对几种不同充磁弯曲方式的薄膜的变形行为进行了数值模拟及实验验证 对实验结果和模拟结果进行对比发现两者吻合较好证明了所给出的两者之间关系式的合理
2、性关键词:薄膜状硬磁性软材料剩磁分布弯曲形式中图分类号:文献标识码:文章编号:()():.:引 言磁驱动的智能软材料因其良好的可编程性和易于变形的特性而在软体机器人、柔性电子、生物医疗等领域都有广泛的应用 磁性软材料在强磁场中磁化以后其内部磁偶极子形成特定构型的磁畴产生剩余磁化强度(即剩磁)硬磁性软材料在撤去磁化磁场以后其内部能够保留较高的剩余磁化强度使其在外部磁场作用下能够实现丰富的变形行为 笔者将薄膜状的硬磁性软材料在厚度方向上进行弯曲后充磁研究发现充磁后材料内部的剩磁分布与其充磁时弯曲形状相关由此建立了两者之间的关系式 通过控制薄膜充磁时的弯曲曲线形式可对薄膜内部剩磁分布进行控制 笔者以
3、几种典型曲线弯曲的薄膜为例用确立的关系式推导了其展开后内部的剩磁分布形式并对这些薄膜在外加恒定磁场及重力场的作用下的变形进行了有限元模拟及实验验证 薄膜内部剩磁分布与其充磁弯曲形式之间的关系.薄膜充磁形式所取薄膜的尺寸为 .图 展示了薄膜弯曲充磁及置入外加磁场中产生变形的过程 薄膜内部在任意一点处的剩磁均为有大小和方向的矢量 假想薄膜在厚度方向上(方向)以一定形状弯曲后置入磁场中充磁其在薄膜宽度方向上(方向)磁场恒定 展开后其厚度方向上的剩磁应为存在一定曲率的弧线但由于薄膜厚度较薄认为其厚度方向上剩磁呈直线即在厚度方向上剩磁方向无变化 充磁完成后在与 平面平行的面上薄膜就会有和弯曲形式相关的磁
4、场分布 因此通过控制研究与试验 年第 期(第 卷总第 期)机械研究与应用收稿日期:作者简介:鲁太平()男四川达州人硕士研究方向:仿生智能粘附材料通信作者:师明星()男山西朔州人教授博士研究方向:柔性电子、分子动力学薄膜的弯曲形式可以实现对薄膜内部剩磁分布的控制 用 表示用于充磁的磁场图 薄膜充磁过程及在外加磁场 中的变形.薄膜弯曲曲线满足()()时的剩磁分布如图 所示为弯曲曲线满足()()的薄膜 图()展示了形状曲线满足曲线表达式()()的薄膜充磁完成展开后其内部剩磁分布与弯曲形式的关系 如图()记录曲线上的起点、终点及每一个导数为零或不可导的点弯曲时及展开后的横坐标值函数在任意两相邻导数值为
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