【導(dǎo)讀】以純鐵和純硼為原料，采用熔體抽拉法制備不同直徑Fe-B軟磁纖維，進(jìn)行物相、顯微結(jié)構(gòu)、磁性能、熱性能的分析。確定衍射峰角度、結(jié)晶溫度、矯頑力、剩磁比等參數(shù)。[1]盛智芝,電化學(xué)沉積法制備Fe-B磁致伸縮材料的研究[D],太原科技大學(xué),

　　

【正文】 . 磁致伸縮效應(yīng)在生 物傳感器中的應(yīng)用 [D].太原理工大學(xué)，2020， 5. [10] 張艷龍，胡勇等 . Fe82Ga18合金的磁致伸縮效應(yīng)及顯微組織的研究 [J].2020. [11] 張世榮，李勇勝等 . 速凝成晶 粘結(jié)法制備稀土磁致伸縮材料 TbDyFe 的研究 [J].2020. [12] 金屬玻璃及其研究新進(jìn)展， 2020. [13] 武繼文 ， 李春貴等 . 高導(dǎo)磁非晶 合金 纖維的研制 [D].南京：南京師范大學(xué)，2020. [14] Zhang Kewei, Zhang Lin, Fu Liling et al. Magostrictive resonators as sensors and actuators[J]. Sensors and Actuators A: Physical. 2020, 200 (1): 2–10. [15] Johnson L. Machel, Wan Jiehui, Huang Shichu. et al. A wireless biosensor using microfabricated phageinterfaced magoelastic particles[J] Sensors and Actuators A: Physical. 2020, 144 (1): 38–47. [16] Herzer Giselher, Modern soft mags: Amorphous and nanocrystalline materials[J]. Acta Materialia. 2020 61(3): 718–734. 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 26 致 謝 經(jīng)過三個(gè)多月的工作和忙碌，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）已經(jīng)接近尾聲，在本次畢業(yè)設(shè)計(jì)完成之際，借此機(jī)會(huì)對(duì)所有曾經(jīng)幫助過我的老師、同學(xué)、表達(dá)我 發(fā)自內(nèi)心的最真誠的謝意！ 首先，要特別感謝張克維老師給予我的幫助，張老師 嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的治學(xué) 作風(fēng)一直是我工作、學(xué)習(xí)中的榜樣 。他 循循善誘的教導(dǎo)和不拘一格的思路給予我無盡的啟迪。 本次論文是在張克維老師精心指導(dǎo)和大力幫助下完成的，所以特此感謝張老師對(duì)我的指導(dǎo)與幫助，張老師活躍的思維方式、淵博的知識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)風(fēng)范使我終身受益。 其次，感謝研究生學(xué)長(zhǎng) 和實(shí)驗(yàn)室里的老師 在實(shí)驗(yàn)上給我的幫助和學(xué)校給我提供了豐富的資料，使我在設(shè)計(jì)過程中有所參照，幫助我完成設(shè)計(jì)。同時(shí)還要感謝同學(xué)們給與我的幫助與支持，是他們幫助我 克 服一個(gè)一個(gè)的困難和疑惑，直至本次設(shè)計(jì) 的順利完成 。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 27 附 錄 薄細(xì)長(zhǎng)梁縱模振動(dòng)的修正 材料研究與教育中心，奧本大學(xué)，奧本，阿拉巴馬 368495341 （收到 2020 年 3 月 8 日，接受 2020 年 5 月 9 日，網(wǎng)上公布 2020 年 6 月 1 日） 該論文報(bào)告的薄細(xì)長(zhǎng)梁縱模振動(dòng)的修正的理論預(yù)測(cè)。薄磁致伸縮條由Metglas 這種材料切割而成，并通過調(diào)制過的磁場(chǎng)來確定它的諧振頻率和聲波傳播速度。結(jié)果表明，目前的分析方法并不能充分預(yù)測(cè)它的行為。 數(shù)值模擬中 執(zhí)行的調(diào)整泊松比 ，直到聲波速 度匹配所測(cè)量的實(shí)驗(yàn)。結(jié)果表明，該電流方程，采用平面應(yīng)變模量配制，應(yīng)使用平面應(yīng)力或雙軸模量進(jìn)行修改。 【美國(guó)物理研究所 2020】 在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里，聲波傳感器曾作為平臺(tái)，以檢測(cè)各種化學(xué)和物理反應(yīng)。一些綜述性文章已經(jīng)詳細(xì)介紹了這些傳感器。這些傳感器 通過橫向 振動(dòng)模式實(shí)現(xiàn)它們的功能，其中涉及了聲波傳播方向的變形正交。因此，它們對(duì)某些物理反應(yīng)的靈敏度，比如：加載質(zhì)量，被驅(qū)動(dòng)器自身的質(zhì)量稀釋了。縱向振動(dòng)模態(tài)或者平行于聲波傳播的方向會(huì)增強(qiáng)靈敏度，不僅因?yàn)轱@著增加了其諧振頻率（對(duì)于相同尺寸諧振器），同時(shí)也 極大地降低了諧振器自身質(zhì)量的影響。 縱向模式傳感器的例子可在很多文獻(xiàn)中找到，特別是在化學(xué)和生物制劑檢測(cè)領(lǐng)域。其重點(diǎn)是磁致伸縮諧振器。在這些的領(lǐng)域中，設(shè)備的性能是基于相對(duì)于諧振頻率偏移和傳感器的相對(duì)質(zhì)量變化之間的關(guān)系，這個(gè)工作原理只有當(dāng)質(zhì)量是諧振頻率變化的唯一有關(guān)的參數(shù)時(shí)才有效。迄今為止，幾乎沒有任何工作從本質(zhì)上解決縱向振動(dòng)模式懸臂或橫梁運(yùn)作。為了更好的設(shè)計(jì)和提高這些設(shè)備的性能，更深入的理解他們縱向振動(dòng)模式的本質(zhì)行為是必要的。因此，這項(xiàng)工作的重點(diǎn)放在執(zhí)行和關(guān)聯(lián)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值去調(diào)查、核實(shí)并且如有必要對(duì)直、細(xì) 、纖細(xì)結(jié)構(gòu)縱向模式振動(dòng)的控制方程進(jìn)行修正。 當(dāng)一個(gè)梁被設(shè)計(jì)為一個(gè)懸臂（固定的自由端），橋（固定 固定端），或獨(dú)立的太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 28 桿（自由的自由端）時(shí)，其第一階縱模共振頻率 f 可由式（ 1a） 橋或自由桿和式（ 1b） 懸臂梁得到： ?ELf 21? （ 1a） ?ELf 41? （ 1b） 其中， L， E 和 ρ 是該細(xì)長(zhǎng)桿的長(zhǎng)度，楊氏模量，密度。上述方程是一個(gè)桿縱向振動(dòng)模式中的一般表達(dá)式。這里， E 被認(rèn)為是一個(gè)矩形橫截面桿的各向同性楊氏模量，并且假定桿的尺寸都是可比 較的。但是，當(dāng)厚度與寬度尺寸可比較，而他們卻遠(yuǎn)小于長(zhǎng)度時(shí)，該桿則被認(rèn)為處于平面應(yīng)變狀態(tài)。 在這種情況下平面應(yīng)變楊氏模量可表示為 Eplanestrain= E /(1ν2)，式中 ν 為泊松比。在這種情況下，方程（ 1a）和（ 1b）變?yōu)?: )1(21 2?? ?? ELf （ 2a） )1(41 2?? ?? ELf （ 2b） 這些修正的方程已被廣泛采用來描述磁致伸縮諧振器的行為。在使用這些解析解來描述諧振細(xì)長(zhǎng)條的行為，方程（ 2）的結(jié)果比方程（ 1）更接近實(shí)驗(yàn)值。例如，一個(gè)從 Metglas 2826 MB 這種切割而來的尺寸為 8mm28mm 的自由條帶（自由 自由板），其密度為 g/cm3，楊氏模量為 105 GPa。實(shí)驗(yàn)表明其諧振頻率為 。從方程（ 1a）和（ 2a）分別計(jì)算出這條帶的諧振頻率為 和，其中（ 2a）中的泊松比為 ，這個(gè)值是從一個(gè)與 Metglas 非常類似的無定形合金得到的。但是，修正后的方程仍然不匹配實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并有可能已經(jīng)不適用這種情況。這種不一致的來源被認(rèn)為是圍繞薄帶中應(yīng)力的真實(shí)狀態(tài)，這表現(xiàn)在三維彈性伸展和收縮的組合。 為了探討這一假設(shè)，我們將假定泊松比的冪指數(shù)是可變的，標(biāo)記為 n。這使我們能夠?yàn)檠芯科矫鎽?yīng)力條件下的潛在 Eplanestrain= E/（ 1ν） 或平面應(yīng)變和平面應(yīng)太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 29 力混合條件下。因此，一個(gè)薄的、細(xì)長(zhǎng)的自由振動(dòng)桿的一階縱向振動(dòng)頻率可以表示為： )1(21 nELf ?? ?? （ 3） 另外，聲波的傳播速度 νa 可以表示為： aLf ?21? 或者 ）（ n1 ???Ea ? （ 4） 使用這些方 程時(shí)，聲波傳播速度可以通過實(shí)驗(yàn)測(cè)量幾個(gè)不同長(zhǎng)度薄帶的諧振頻率，然后繪制 ? 比 L 之后確定，它的特征可以通過擬合來確定該波的速度。這將通過式表達(dá)（ 4）確定泊松比的指數(shù) n。反過來，采用模態(tài)分析數(shù)值模擬將確定共振頻率和泊松比指數(shù) n 以滿足方程（ 3） 。 當(dāng)實(shí)驗(yàn)和模擬的聲波速度相等時(shí)，真實(shí)的泊松比和其指數(shù)的值則可被確定。 為了研究制備和測(cè)試了磁致伸縮條樣本，以確定在介質(zhì)中的傳播速度這些問題。 28um 厚的商業(yè)產(chǎn)品 Metglas? 2826 MB 被切成各種尺寸矩形條狀，然后清洗并準(zhǔn)備測(cè)試。通過調(diào)制的外部磁場(chǎng)，這些條帶被驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生諧 振，同時(shí)它們時(shí)變反應(yīng)通過一個(gè)信號(hào)采集線圈來監(jiān)視。上述完整的原理及方法可在其他文獻(xiàn)中獲得。 條帶的長(zhǎng)度和長(zhǎng)寬比長(zhǎng) /寬大小進(jìn)行了系統(tǒng)的變化（見表一）。（如圖 1）顯示了用于長(zhǎng)度為 4 和 10 的寬度比和表明這些數(shù)據(jù)點(diǎn)互相重疊。對(duì)于各種長(zhǎng)寬比，這是真實(shí)的，這意味著寬度不影響共振頻率，然而它的確是橫向振動(dòng)模式。通過施加功率的回歸擬合數(shù)據(jù)，并使用等式 （ 4） ，與上面給出的材料特性，波的傳播速度可以被確定（見表 I），通過這種方法， Metglas? 2826 MB 中聲波的平均傳播速度是 。使用等式（ 4）可以把泊松比 表示為冪指數(shù) n 的一個(gè)函數(shù)（實(shí)線所示的一個(gè)函數(shù)如圖 2）。 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 30 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 31 為了查明 Metglas ? 2826 MB 的泊松比，使用市售軟件 CoventorWare174。對(duì)應(yīng)變有限元模擬相應(yīng)的狀態(tài)進(jìn)行研究。具體來說，模擬參與模態(tài)分析與振動(dòng)無阻尼，自由自由細(xì)長(zhǎng)桿在縱向模式。所選擇的網(wǎng)格類型為曼哈頓磚，元素順序設(shè)置為拋物線，和元素大小為 160 160 。在模擬中使用的材料的特性和上述實(shí)驗(yàn)分析是相同的。泊松比率為系統(tǒng)地改變，并在諧振頻率相應(yīng)的影響進(jìn)行了記錄。那么可以堵塞這個(gè)信息入式。獲得泊松比指 數(shù)（見表二）。這些結(jié)果基本上確定如何聲波速度由泊松比的影響。當(dāng)與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較它們，共識(shí)應(yīng)該當(dāng)聲波速度匹配即可到達(dá)。圖 2 示出了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和模擬結(jié)果空心圓的疊置，揭示了速度匹配于 的泊松比，這與非常類似合金的公布值和對(duì)應(yīng)于 1 的泊松比指數(shù)澄清平面脅迫條件下占主導(dǎo)地位行為。因此，對(duì)于一個(gè)獨(dú)立的條帶（ 5a）和懸臂（ 5b ）的固有振動(dòng)頻率的關(guān)系，應(yīng)使用平面應(yīng)力或雙軸模量被修改， 太原科技大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 32 ）（ ?? 121 ELf ? （ 5a） )1(41 ?? ?? ELf （ 5b） 用公式 5 所示，諧振頻率相比方程的 初始情況。 （ 1） 和 （ 2） 對(duì)于一個(gè)細(xì)長(zhǎng)的，獨(dú)立的帶計(jì)算為 ，這與 kHz 的實(shí)驗(yàn)值符合良好。平面應(yīng)力的支配也應(yīng)該持有如此縱向振動(dòng)的情況下，在橋梁或懸臂結(jié)構(gòu)。結(jié)果這些配置中給出（表三），并與平面應(yīng)力修改。 綜上所述，結(jié)合實(shí)驗(yàn)和模擬的結(jié)果表明，薄細(xì)長(zhǎng)條狀振動(dòng)的縱模的解析解應(yīng)予以調(diào)整，以反映平面應(yīng)力條件下的振動(dòng)行為的主導(dǎo)地位。最后， Metglas?2826 MB 的泊松比被確定為約 。 這項(xiàng)工作是由美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)，工程局，土木及機(jī)械系統(tǒng)項(xiàng)目的支持，合同號(hào)： CMS0528265。