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摘要：稀土巨磁致伸缩材料有着应变量大、机-电耦合系数大、响应速度快、输出力大、高荷载、频带宽以及非接触驱动等优点，近来深受论述与实验工作者的关注。尤其是磁致伸缩膜-基悬臂梁结构由于简单易于制备，在微传感器和微执行器方面广泛利用。采取该结构作为测量静态变形的位移传感器时和施加静态力的执行器时，需要建立合适的模型来设计和优化。本论文考虑了剪切能的影响，基于最小化Gibbs自由能分别采取三参数和四参数法推导得到厚膜弯曲变形公式。同时，采取力平衡方程对自由端端部施加点载荷的情况做出精确求解。检测设纵向曲率为常数，横向曲率为宽长比有关的指数函数。三参数变分法中，在中性平面建立坐标系，在薄膜情况我们引入与宽长比w/l有关的常数p，考虑基层剪切能，推导模型比前人更为精确；厚膜情况，我们将常数p重新设定为更为简洁的常数p1，并且额外计入膜层的剪切弹性能，推导结论证明完全可以退化到薄膜情况，薄膜和厚膜情况下的变形公式进行统一。但是由三参数变分法得到的都是非线性方程组，利用不方便，进一步推到了四参数变分法。在四参数变分法中，在膜-基交界面建立坐标系，基于最小化Gibbs自由能对模型重新推导，得到一组线性方程，通过Cramer法则求解得到厚膜情况的变形公式。同时针对自由端施加集中载荷的情况，基于力平衡方程进行推导得到激振力公式。对本论文提出的模型结果与ANSYS浅析结果进行了比较。浅析结果表明，本论文提出的模型在l的值以0.1w到10w时有很好的适用性。一般而言，在基层厚度保持一定时，膜层和基层厚度比越大，悬臂梁系统所能承受的外力越大，亦即激振力越大。然而，在悬臂梁总厚度一定时，激振力在膜厚变化范围内有一个最大值，并且该最大值随着膜-基刚度比的增大而减小。同时，与最大激振力相对应的优化厚度比也随着刚度比的增大而减小。不管是基层厚度保持不变，还是悬臂梁总厚度保持不变，泊松比对激振力的影响是很大的，不能忽略。关键词：磁致伸缩论文剪切能论文膜-基悬臂梁系统论文三参数法论文四参数法论文Gibbs自由能论文
摘要4-5
Abstract5-9
1 绪论9-15
1.1 课题来源、探讨目的和作用9-10
1.2 探讨近况10-14
1.3 本论文的主要工作14-15
2 磁致伸缩基本原理和 Gibbs 自由能15-29
2.1 磁致伸缩基本原理15-22
2.2 Gibbs 自由能22-27
2.3 本章小结27-29
3 基于三参数的膜-基悬臂梁系统的计算策略29-53
3.1 考虑剪切变形能的薄膜-基悬臂梁系统29-38
3.2 考虑剪切变形能的厚膜-基悬臂梁系统38-52
3.3 本章小结52-53
4 基于四参数的膜-基悬臂梁系统的计算策略53-73
4.1 模型建立及其论述推导53-57
4.2 不同模型之间的比较57-61
4.3 作为激振器时的优化浅析61-71
4.4 本章小结71-73
5 总结与展望73-76
5.1 总结73-74
5.2 展望74-76
致谢76-77