Magnetostricción
-
Upload
darwin-anco -
Category
Documents
-
view
47 -
download
2
Transcript of Magnetostricción
![Page 1: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/1.jpg)
Magnetostricción en materiales magnetico en
un Transformador
![Page 2: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/2.jpg)
• Este es un 2D axi-simétrica modelo de un transductor magnetoestrictivo.
• Transducción Magnetostrictivo se utiliza en los sonares, dispositivos acústicos, control activo de vibraciones y la posición y los sistemas de inyección de combustible.
• Un material magnetoestrictivo se coloca en el núcleo que funciona como un actuador cuando un campo magnético se produce haciendo pasar una corriente a través de la bobina de accionamiento.
Introducción
![Page 3: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/3.jpg)
Transformador
Carcasa de Acero (para dirección del flujo)
Unidad de la bobina
Barra magnetostrictiva (material activo)
Vista en 3-D del transductor
![Page 4: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/4.jpg)
• La relación constitutiva no linear entre la magnetoestricción y el campo magnético se ejecuta. El material se asume para estar en un estado pretensado que rendiría la magnetoestricción máxima.
• La bobina de la impulsión se modela como dominio que lleva actual homogeneizado. Los alambres individuales no son resueltos.
• Modelado magnetostática se lleva a cabo. Un barrido paramétrico de densidad de corriente en la bobina de accionamiento se utiliza para demostrar la magnetostricción no lineal vs campo magnético.
• Se tomara 400 A/m como valor de la magnetostricción para el análisis realizado en este modelo.
Caracteristicas del modelo
![Page 5: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/5.jpg)
Magnetostriction - Theory • Magnetostrictive materials exhibit free strain (λ) when exposed to
magnetic field (H). This phenomena is known as the Joule effect.
• This phenomena has a quantum mechanical origin. The magneto-mechanical coupling takes place at the atomic level.
• From a system level, the material can be assumed to comprise of a number of tiny ellipsoidal magnets which rotate due to the torque produced by the externally applied magnetic field.
• The rotation of these elemental magnets produce dimensional change as shown in this animation.
Source: http://en.wikipedia.org/wiki/File:Magnetostriction_by_Zureks.gif
![Page 6: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/6.jpg)
Magnetostriction – Effect of magnetic field
• The free strain is often modeled using linear constitutive relation:
λ = dH
where d is called the piezo-magnetic strain coefficient.
• In reality, the free strain (magnetostriction) has a non-linear dependence on the applied magnetic field and the mechanical stress in the material.
Source: http://www.etrema-usa.com/documents/Terfenol.pdf
Pre-stress
Magnetostriction vs. Magnetic field at various pre-stresses
![Page 7: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/7.jpg)
Geometry
Steel housing
Air domain
(required to view realistic magnetic flux path)
Drive coil
Magnetostrictive rod
![Page 8: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/8.jpg)
Carcasa de acero (Subdomain 2)
Dimensiones Aire (Subdomains 1, 4, 6)
Portador de bobina (Subdomain 5)
Barra Magnetostrictiva (Subdomain 3)
Barra Magnetostrictiva
- Radius = 3 mm
- Height = 50 mm
• Bobina
- Radius = 3 mm
- Height = 50 mm
• Carcasa de acero
Head and base plates
- Radius = 20 mm
- Height = 5 mm
Side wall
- Thickness = 5 mm
- Height = 50 mm
• Aire
- Radius = 90 mm
- Height = 180 mm
![Page 9: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/9.jpg)
Subdomain settings - Magnetic
![Page 10: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/10.jpg)
Non-linear B-H Curve
Interpolation table
B
H
H = HBFe(B)
![Page 11: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/11.jpg)
¿Por que la tension Inicial?
iiC
Generalized Hooke’s Law
• Magnetostricción no produce estrés en el material a menos que se ve limitada. • Magnetostricción modelado como una tensión inicial asegura que el material se mantiene libre de tensión cuando la tensión en el cuerpo es la misma que la magnetostricción.
[σ] – Stress
[C] – Stiffness
[ε] – Strain
[εi] - Initial strain
[σi] - Initial stress
![Page 12: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/12.jpg)
Resultados
• Densidad de flujo magnético uniforme dentro de la varilla magnetoestrictivo a lo largo de la línea central (r = 0).
• Densidad de flujo disminuye bruscamente a través de la cabeza de acero y las placas de base.
Concentración de flujo magnético a través de la varilla magnetoestrictivo y carcasa de acero representado por las líneas de corriente.
![Page 13: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/13.jpg)
Resultados
Deformación axial uniforme (1.47e-4) en la varilla magnetostrictivo debido a magnetostricción.
Esfuerzo axial Cero en el vástago magnetostrictivo debido a la "libre de tensiones."
Tensión uniforme axial en
el vástago
magnetostrictivo a lo largo
de la línea central (r = 0)
![Page 14: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/14.jpg)
Creating the non-linear λ vs. H curve
• It is desired to find out the free strain of the magnetostrictive material or displacement obtained from the transducer as a function of the input current or input magnetic field for most applications.
• To find this out we need to perform a parametric analysis.
• Assume J0 varies “quasi-statically” so that there is no inductive effect and no skin-effect.
![Page 15: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/15.jpg)
Grafica No-linear λ vs. H curva
• Postprocessing > Plot Parameters > Domain Plot Parameters.
• In the General tab, make sure all the solutions are selected in the Solutions to use area.
• Select the Point tab and choose point 4.
• In the y-axis data area, type Lambda_z in the Expression edit field.
• In the x-axis data area, select the Expression radio button and then click on the Expression button. Type
Hz_emqa.
Magnetostricción no lineal
función de la curva de campo
magnético a lo largo de la
dirección axial.
![Page 16: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/16.jpg)
Grafica del desplazamiento vs. densidad de corriente de entrada
• Postprocessing > Plot Parameters > Domain Plot Parameters.
• In the General tab, make sure all the solutions are selected in the Solutions to use area.
• Select the Point tab and choose point 4.
• In the y-axis data area, type w in the Expression edit field.
• In the x-axis data area, select the Expression radio button and then click
on the Expression button. Type J0. Magnetostricción no lineal
función de la curva de campo
magnético a lo largo de la
dirección axial.
![Page 17: Magnetostricción](https://reader036.fdocuments.es/reader036/viewer/2022082211/55cf997e550346d0339daa7f/html5/thumbnails/17.jpg)
References
1. C. Mudivarthi, S. Datta, J. Atulasimha and A. B. Flatau, “A bidirectionally coupled magnetoelastic model and its validation using a Galfenol unimorph sensor,” Smart Materials and Structures, 17 035005 (8pp), 2008. http://www.iop.org/EJ/abstract/0964-1726/17/3/035005/
2. F. Graham, “Development and Validation of a Bidirectionally Coupled Magnetoelastic FEM Model for Current Driven Magnetostrictive Devices,” M.S. Thesis, Aerospace Engineering, University of Maryland, College Park, USA, 2009. http://www.lib.umd.edu/drum/handle/1903/9354