磁弹耦合效应
磁电效应机制
磁电效应机制
磁电效应是指磁场对电场的影响，或电场对磁场的影响。
根据磁电效应的定义，磁电效应分为正磁电效应和逆磁电效应。
正磁电效应指的是磁场诱导产生电极化，而逆磁电效应指的是电场诱导产生磁极化。
在磁电效应的机制方面，存在四种主要的效应机制。
首先，应变调制的磁电耦合效应是由应变引起铁电材料发生反压电效应，与此同时磁电效应又保证铁磁材料在受到一个电信号后产生一个磁信号。
其次，交换偏置调制磁电耦合效应是在反铁磁材料的奈尔温度下，通过对反铁磁材料施加一个适中的电场，可以改变反铁磁畴状态导致反铁磁与铁磁界面自旋方向发生变化，从而改变交换偏置。
第三种机制是电流调制磁电耦合效应，即对于磁性依赖于载流子密度的材料，通过电场来调制载流子密度，从而改变材料磁性。
最后，电子输运现象在多铁系统中，通过铁电场效应来控制载流子密度，从而影响多铁材料中与电子自旋极化方向或自旋相关散射有关的磁电效应。
在寻找具有较大磁电耦合系数的材料方面，多铁材料成为了一个重要的研究方向。
多铁材料同时具有铁电性和铁磁性等两种基本铁性。
想要得到较大的磁电耦合系数，首先需要材料具有较大的介电常数和磁导率。
因此，同时具有铁电性和铁磁性的多铁材料为寻找磁电耦合材料提供了宝贵的素材。
以上内容仅供参考，如需获取更多信息，建议查阅相关文献或咨询专业人士。
cu-h耦合 核磁
cu-h耦合核磁
"cu-h耦合"是指核磁共振（NMR）中观察到的一种现象，它涉及到铜和氢原子之间的相互作用。
在核磁共振实验中，当样品中含有铜和氢原子时，它们之间可能会发生相互作用，导致观察到的NMR谱线出现耦合效应。
铜原子的存在可以影响氢原子的化学位移和耦合常数，这意味着铜原子的存在会改变氢原子在NMR谱中的位置和形状。
这种耦合效应通常被称为"cu-h耦合"，它可以提供关于分子结构和化学环境的重要信息。
从理论角度来看，cu-h耦合可以通过量子力学的密度泛函理论（DFT）来解释。
DFT可以用来计算分子中不同原子之间相互作用的强度和性质，从而帮助理解cu-h耦合现象的原理。
此外，从实验角度来看，科学家们可以利用各种核磁共振技术来研究cu-h耦合现象。
他们可以通过调整实验条件和分析NMR谱线的形状和位置来研究cu-h耦合的特性，从而深入了解样品中铜和氢原子之间的相互作用。
总的来说，cu-h耦合在核磁共振领域具有重要意义，它不仅可以为化学研究提供有用的信息，还可以帮助科学家们更好地理解分子结构和化学反应机制。
通过理论和实验的结合，我们可以更全面地认识cu-h耦合现象的特性和意义。
磁电耦合效应
磁电耦合效应磁电耦合效应（Magneto-ElectricCouplingeffect，MEC）是指一种在特定环境下产生的磁电耦合现象。
它是一种能量转化的一种过程，当外部磁场作用于特定材料中，里面的电磁学性质也随着磁场的变化而改变，最终导致转换电场的产生，其物理原理是物体内部设置介质，介质中的磁学性质和电学性质受磁场的影响而改变，从而产生电场畸变，由此变化形成的新形成的电场即是磁电耦合现象。
这种磁电耦合效应有多种应用，从消费类电子产品到高科技产品都有用武之地，其中最常用的就是用它来检测波动，可通过读取磁场来捕获信号变化。
例如，在汽车中使用磁电耦合技术可以检测汽车发动机的运转状况，比如汽车的压力状况，温度状况等等，从而让驾驶员更方便掌控车辆的情况。
此外，它还可以用于导航、安全和其他测量技术，如激光和辐射检测技术。
此外，磁电耦合技术也可以用于医疗和科学技术，用于研究和分析人体内的材料，从而获得内部的信息，这种检测的技术使用的是磁电耦合效应来检测人体内的细胞成分，从而更加准确地了解人体的状况。
一种典型的技术就是微电子技术，使用磁电耦合的相关原理，将一定的电能变换成微小的电子信号，从而更加精确地完成检测。
随着技术的发展，磁电耦合技术也在发展，人们正在努力把它用于更多的领域。
它被认为是一种节能环保的技术，原理也比较简单，可以用于不同的应用领域，极大地提高了工作效率。
除了应用于汽车、医疗和检测技术外，磁电耦合技术还可以用于无线数据传输、电池充电、伺服机械等等，使这些技术拥有更大的范围，更大的应用。
综上所述，磁电耦合效应在日常生活中有着广泛的应用，它的原理和技术比较简单，可以用于汽车、医疗、检测技术、无线传输等等，是一种比较有用的技术。
在未来，它将被用于更多的领域，为我们提供更加便捷的生活。
磁耦工作原理-概述说明以及解释
磁耦工作原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述磁耦是一种通过磁场的作用将信号或功率传输的装置。
它由一个主动端和一个被动端组成，主动端和被动端之间没有电气连接。
磁耦利用磁场的耦合效应，在电磁感应的基础上实现信号的传输和隔离。
磁耦的工作原理是基于法拉第电磁感应定律和电磁感应耦合制动效应。
当主动端通电时，形成的磁场通过铁芯传播到被动端，从而在被动端产生感应电动势。
这个感应电动势可以用于传输信号或功率。
磁耦的铁芯起到了传导磁场和隔离信号的作用，使得主动端和被动端之间没有直接的电气连接。
磁耦具有很多优点。
首先，磁耦的传输效率较高，能够实现高性能的功率传输和信号传输。
其次，磁耦具有电气隔离的功能，能够有效地隔离电气噪声和干扰。
此外，磁耦具有体积小、重量轻、结构简单等特点，便于集成和应用。
然而，磁耦也存在一些局限性。
首先，由于磁场衰减的影响，磁耦在传输距离上有一定的限制。
其次，磁耦对频率的适应性较差，对于高频信号的传输效果较差。
此外，磁耦在温度变化和外界磁场干扰下的性能稳定性也受到一定的影响。
未来，磁耦技术还有很大的发展空间。
随着科技的进步，磁耦的传输效率和频响特性将得到进一步提升。
磁耦也将在更多领域得到应用，例如电力系统中的能量传输、电动车的无线充电等。
因此，磁耦作为一种重要的传输技术，将为各行各业的发展提供更多的可能性和便利性。
1.2文章结构1.2 文章结构:本文将分为三个主要部分来讨论磁耦的工作原理。
首先，在引言部分概述磁耦的基本概念和作用。
接着，正文部分将详细介绍磁耦的基本原理、工作过程以及广泛应用的领域。
最后，结论部分对磁耦的工作原理进行总结，并探讨其优势和局限性，同时展望其未来的发展方向。
通过逐步展开，读者将能够全面了解磁耦的工作原理及其在各个领域中的应用情况。
1.3 目的目的磁耦是一种常见的电子元件，具有广泛的应用领域。
本文旨在通过对磁耦工作原理的深入探究，全面了解磁耦的基本原理、工作过程以及应用领域。
磁电耦合效应 知乎
磁电耦合效应
磁电耦合效应（Magneto-electric coupling effect）是指磁场和电场之间发生相互作用，导致材料在外加磁场或外加电场下表现出电子自旋或磁性的变化。
这种效应可在某些特殊的材料中观察到，被称为多铁材料或多铁性材料。
通常，多铁材料能够同时表现出磁性和铁电性，这意味着它们具有可控的磁性和电性。
磁电耦合效应提供了一种通过调节磁场或电场来控制材料性质的方法。
在多铁材料中，磁电耦合效应可以表现为以下几种形式：
1.磁电耦合电流效应（ME Coupling current effect）：外加磁
场可以改变材料内部结构，导致产生电流从而改变材料的
电性质。
这种效应被广泛应用于磁记忆存储器和磁阻器等
器件的设计。
2.磁电耦合电阻效应（ME Coupling resistance effect）：外加
磁场改变材料的电导率或电阻率，使得电阻发生变化。
这
种效应可应用于磁阻传感器和磁电存储器等器件。
3.磁电耦合介质效应（ME Coupling dielectric effect）：外加电
场可以改变材料的磁性质，如改变磁化强度、磁化方向或
磁耗等。
这种效应可用于磁电介质器件和非易失性存储器
等应用。
磁电耦合效应的研究对于开发新型的多功能器件和磁电耦合材料具有重要意义。
基于这种效应，科学家和工程师能够设
计出更灵活和高效的磁电器件，为磁电转换、磁存储和传感器等领域带来新的突破和应用。
磁性耦合的原理及应用
磁性耦合的原理及应用1. 磁性耦合的概述磁性耦合是指通过磁场相互作用来传递能量或信息的一种物理现象。
它利用磁性材料的性质，在两个或多个磁性元件之间建立磁场耦合，从而实现能量或信号的传递。
磁性耦合在电子学、能源传输、通信等领域具有广泛的应用。
2. 磁性耦合的基本原理磁性耦合的基本原理是通过磁性材料之间的相互作用，使得能量或信息从一个磁性元件传递到另一个磁性元件。
2.1 磁场相互作用磁性耦合是通过磁场相互作用实现的。
当两个磁性元件靠近时，它们的磁场会相互影响，从而建立磁场耦合。
这种磁场耦合可以基于两种基本原理：磁感应耦合和磁力耦合。
2.2 磁感应耦合磁感应耦合是指当一个磁性元件中的磁场发生变化时，它会感应出另一个磁性元件中的电磁场。
这种感应可以通过电磁感应定律进行解释。
磁感应耦合常常用在无线充电、无线通信等领域。
2.3 磁力耦合磁力耦合是指通过磁力作用，在磁性元件之间传递能量或信息。
当两个磁性元件之间存在一定的空隙时，它们之间会产生磁力作用，从而实现能量或信号的传递。
磁力耦合常常用在电动机、变压器等领域。
3. 磁性耦合的应用磁性耦合在许多领域都有广泛的应用。
以下列举了一些主要的应用：3.1 无线充电磁性耦合可以用于无线充电。
通过将发射端的电能转换为磁能，再通过磁场耦合的方式传递到接收端，从而实现无线充电。
这种方式可以减少电线的使用，并提供更便捷的充电方式。
3.2 无线通信磁性耦合可以用于无线通信。
通过在发射端产生电磁场，再通过磁感应耦合的方式传递信息到接收端，实现无线通信。
这种方式在近距离通信中有较高的传输效率和可靠性。
3.3 电动机磁性耦合可以用于电动机。
通过在发动机转子和定子之间建立磁场耦合，实现转子的旋转。
这种方式可以减少机械接触和磨损，提高电动机的效率和寿命。
3.4 电力传输磁性耦合可以用于电力传输。
通过在传输线圈上产生磁场，再通过磁感应耦合的方式传递电能到接收端，实现远距离电力传输。
这种方式可以减少传输损耗，并提供更安全可靠的电力传输方案。
磁交换耦合效应
磁交换耦合效应磁交换耦合效应，这听起来是不是有点高深莫测呢？其实啊，就像是一场微观世界里的“社交舞会”。
咱们先从磁铁说起吧。
大家都玩过磁铁，知道同极相斥、异极相吸吧。
这就有点像人与人之间的关系，合得来就相互吸引，合不来就相互排斥。
磁交换耦合效应呢，就像是在这个基础上的一种更微妙的“人际关系”。
在一些磁性材料里，原子就像一个个小小的舞者，它们各自带着自己的“磁性舞步”。
这些原子之间不是各跳各的，而是通过磁交换耦合效应，互相影响着彼此的舞步。
比如说，在铁磁材料里，原子们就像是一群训练有素的舞者，它们的磁矩方向都倾向于保持一致。
这就好比一个舞蹈团队，大家都朝着一个方向整齐划一地跳舞，特别有秩序。
这种磁交换耦合效应让原子们产生了很强的磁性。
这就像一个团结的团队，力量很强大，磁性也就很强。
你能想象一群杂乱无章的舞者和一群整齐划一的舞者相比，哪一个看起来更有力量、更有吸引力吗？肯定是整齐的那一群啊。
再看看反铁磁材料。
这就有点奇怪了，原子们像是一对对斗气的舞伴。
相邻的原子磁矩方向是相反的，就像一个往左跳，另一个就得往右跳。
这种磁交换耦合效应让它们在整体上看起来好像没什么磁性，就像这一对对斗气的舞伴，互相抵消了彼此的影响力。
这要是在一个舞蹈表演里，观众看了可能会觉得很迷惑，怎么跳得这么奇怪呢？可是在微观世界里，这就是反铁磁材料的独特之处。
还有一种亚铁磁材料，这就像是一个有主有次的舞蹈组合。
一部分原子像主角，磁矩比较强，另一部分像配角，磁矩比较弱。
它们之间通过磁交换耦合效应，整体上表现出一定的磁性，但是又不像铁磁材料那么强。
这就好比一场舞蹈表演里，主角很耀眼，配角也在发挥着自己的作用，整个组合看起来既有特色又有自己的魅力。
磁交换耦合效应在我们的生活里可太重要了。
你知道硬盘吗？硬盘里存储数据就和这个效应有关系。
那些数据就像是被不同磁性状态标记着，就像用不同的舞蹈动作来表示不同的信息。
要是没有磁交换耦合效应，硬盘可能就没办法准确地存储和读取数据了。
磁耦合原理
磁耦合原理
磁耦合原理是指利用磁场相互作用的特性，将两个或多个磁性元件耦合在一起，实现信号的传递和能量的传输的一种物理原理。
它可以实现磁场的非接触式传递，使得信号或者能量可以在空气或非磁性介质中传输，同时通过合适的设计和调节，将传输效率最大化。
磁耦合原理的基本工作原理是通过磁场的相互作用，产生磁通量的变化，从而引起导体中的感应电动势。
当两个磁性元件之间存在磁场时，它们之间会形成一个磁通路，从而导致磁通量的变化。
这个磁通量变化会引起感应电动势的产生，从而在接收端产生电流或者信号。
为了实现有效的磁耦合，通常会使用磁性材料或者磁性铁芯来增强磁场的传递效果。
磁性铁芯可以将磁场线束聚集在一起，使得磁场的传输强度和范围得到增强。
同时，通过合理设计磁性铁芯的结构和形状，可以调节磁场的分布和方向，从而实现更好的磁耦合效果。
磁耦合原理在许多领域中都有广泛的应用。
例如，在电力系统中，变压器就是利用磁耦合原理将电能从高压端传输到低压端，实现电压的升降。
在无线通信中，磁耦合原理被用于设计无线充电装置，实现对电子设备的无线充电。
此外，在传感器、电动机、电路和通信系统等领域中，磁耦合原理也得到了广泛的应用。
总之，磁耦合原理是一种利用磁场相互作用的特性，实现信号
和能量传输的物理原理。
通过合理设计和调节磁场，可以实现高效的磁耦合效果，从而在各个领域中得到广泛的应用。
磁信号耦合规律
磁信号耦合规律全文共四篇示例，供读者参考第一篇示例：磁信号耦合规律是指当两个磁体之间存在一定的距离时，它们之间会发生相互作用并产生磁信号的传递现象。
这种现象往往在磁共振成像、磁电感应等领域得到广泛应用。
以下将从磁信号耦合规律的基本原理、影响因素和应用方面进行探讨。
磁信号耦合规律的基本原理是通过磁场的相互作用实现磁信号的传递。
在两个磁体之间存在一定距离时，它们之间会相互影响并产生磁场。
磁场的强度和方向决定了磁信号的特性，当两个磁体之间的距离越近，它们之间的磁场相互作用就越强，从而产生更加明显的磁信号。
而当两个磁体之间的距离越远，它们之间的磁场相互作用就越弱，导致磁信号传递的效果变差。
磁信号耦合规律受到多种因素的影响，其中包括磁体的形状、大小、材质等。
不同形状的磁体之间会产生不同的磁场结构，从而影响磁信号的传递效果。
磁体的大小和材质也会对磁信号的传递产生影响，一般来说，磁体的大小越大，材质越好，磁信号传递的效果就越好。
外部环境的温度、湿度等因素也会对磁信号的传递产生一定的影响。
磁信号耦合规律在许多领域都有着重要的应用价值。
在医学影像学中，磁共振成像技术利用磁信号耦合规律实现对人体内部组织结构的非侵入式显像，从而为临床诊断提供了重要依据。
在电子通讯领域，磁信号耦合规律被广泛应用于无线通信、磁力传感器等设备中，实现了无线通信信号的传递和检测。
磁信号耦合规律还可以应用于物流、控制系统等领域，实现信息的传递和控制。
第二篇示例：磁信号耦合规律是指在磁场中不同磁性元件之间相互作用的规律。
磁性元件包括磁铁、电磁铁、磁性材料等，它们可以产生磁场，同时也可以受到外部磁场的影响。
磁信号耦合规律研究的是这些磁场之间的相互影响关系，以及如何利用这些影响来实现各种功能。
磁信号耦合规律在许多领域都有重要应用，例如磁存储、磁传感器、电磁波通讯等。
在磁存储中，磁信号耦合规律可以帮助我们了解磁性介质中记录的信息是如何读取和写入的；在磁传感器中，可以帮助我们设计出更加灵敏和稳定的传感器；在电磁波通讯中，可以帮助我们传输和接收磁信号。
半导体材料的磁电耦合效应与器件应用
半导体材料的磁电耦合效应与器件应用磁电耦合效应是指在某些特定材料中，磁场和电场之间存在耦合关系，即当施加电场时，会引起磁场的变化，反之亦然。
这种效应在半导体材料中具有重要的应用，在磁场和电场控制下，可实现磁性和电性之间的转换，为新型器件的开发提供了广阔的空间。
一、磁电耦合效应的机制磁电耦合效应的产生主要基于材料的自旋-轨道耦合和能带结构的改变。
自旋-轨道耦合是指自旋和轨道运动之间的相互作用，可以通过引入磁场或电场来调控自旋-轨道耦合效应。
能带结构的改变主要通过电场调控组成材料的价带和导带，从而改变材料的电性和磁性。
二、磁电耦合效应的应用1. 磁电多铁材料磁电多铁材料是指具有同时存在铁电性和铁磁性的材料。
通过外加电场和磁场的调控，可以改变材料的磁性和电性，实现多种功能。
磁电多铁材料可应用于磁存储器件、传感器、天线等领域。
2. 磁电耦合隧道结构磁电耦合隧道结构是一种具有磁阻效应和隧道磁电效应的器件结构。
通过电场的调控，可以改变隧道结构中磁阻的大小，实现磁隧道阻变效应。
这种结构被广泛应用于磁存储器件中，如磁隧道结构的磁阻传感器。
3. 磁电耦合非易失性存储器磁电耦合非易失性存储器是一类具有磁电效应的存储器件。
通过电场调控材料的自旋和电荷转移，可以实现数据的读写和存储。
这种存储器件具有存储密度高、能耗低的特点，被广泛研究和应用于非易失性存储领域。
4. 磁电耦合自旋霍尔效应磁电耦合自旋霍尔效应是一种具有磁电效应和自旋霍尔效应的材料特性。
通过外加电场和磁场的共同作用，可以实现自旋和电荷在材料中的转换，从而实现自旋电子在材料内部的传输。
磁电耦合自旋霍尔效应可应用于自旋电子学和量子计算领域。
5. 磁电光电子技术磁电光电子技术是将磁电效应与光电子技术相结合的一种新兴技术。
通过外加电场和磁场，可以实现光的极化和传输的控制，从而实现光的调制和调制信号的传输。
磁电光电子技术可应用于通信、数据传输和光学传感领域。
总结：半导体材料的磁电耦合效应是当今材料科学研究领域的一个重要研究方向。
磁弹耦合效应
（5）磁致伸缩材料的磁致伸缩应变与磁场的方向无关，即当磁场 的方向改变而数值不变时，所产生的应变的大小和符号不变，说明 应变S是磁场强度H的偶函数，即S = Δl/l=Ψ(H2)或S=Ψ(B2)。 实验证明，在棒自由情况下， S=K(B)B2 式中K(B)为比例系数，它是磁感应强度B的函数。 （6）铁磁材料在外磁场作用下能产生磁致伸缩应变，由此产生的 机械应力，称为磁致伸缩应力Tm，它可表示为 Tm = YΔl/l= YK(B)B2 式中Y为杨氏模量。 在极化时,可认为Tm=α(B0)B， α(B0)称为磁致伸缩应力常数，是B0的 函数。
压磁效应原理
磁材料被磁化时,如果受到限制而不能伸缩,内部会产生应力。同样 在外部施加力也会产生应力。当铁磁材料因磁化而引起伸缩(不管 何种原因)产生应力σ时,其内部必然存在磁弹性能量E0,分析表明,E0 与λm・σ之积成正比,其中λm为磁致伸缩系数。并且还与磁化方向与 应力方向之间的夹角有关。由于E0的存在,将使磁化方向改变,对于 正磁致伸缩材料,如果存在拉应力,将使磁化方向转向拉应力方向,加 强拉应力方向的磁化,从而使拉应力方向的磁导率μ增大。压应力将 使磁化方向转向垂直于应力的方向,削弱压应力方向的磁化,从而使 压应力方向的磁导率减小。对于负磁致伸缩材料,情况正好相反。 这种被磁化的铁磁材料在应力影响下形成磁弹性能,使磁化强度矢 量重新取向,从而改变应力方向的磁导率的现象称为磁弹效应或压 磁效应。 铁磁材料的相对磁导率变化与应力σ之间的关系为： Δμ/μ=(2λm/Bm2)σμ
磁致伸缩效应的本质原理
• 小磁畴的旋转被认为是磁致伸缩效应 改变长度的原因。磁畴旋转以及重新 定位导致了材料结构的内部应变。结 构内的应变导致了材料沿磁场方向的 伸展（由于正向磁致伸缩效应）。在 此伸展过程中，总体积基本保持不变， 材料横截面积减小。总体积的改变很 小，在正常运行条件下可以被忽略。 增强磁场可以使越来越多的磁畴在磁 场方向更为强烈和准确的重新定位。 所有磁畴都沿磁场方向排列整齐即达 到饱和状态。右图为长度随磁场强度 变化的理想化。
《两种铁磁-铁电复合薄膜磁电耦合效应》范文
《两种铁磁-铁电复合薄膜磁电耦合效应》篇一两种铁磁-铁电复合薄膜磁电耦合效应一、引言近年来，铁磁/铁电复合薄膜的磁电耦合效应已成为材料科学研究领域的热点。
此类复合薄膜集成了铁磁材料和铁电材料的特性，具有独特的物理性质和潜在的应用价值。
本文将重点探讨两种不同类型的铁磁/铁电复合薄膜的磁电耦合效应，分析其工作原理、性能特点以及应用前景。
二、铁磁/铁电复合薄膜的基本原理铁磁/铁电复合薄膜的磁电耦合效应源于其内部的微观相互作用。
铁磁材料具有磁性，而铁电材料具有电性，两者在复合薄膜中相互影响，产生磁电耦合效应。
这种效应使得复合薄膜在磁场和电场的作用下，表现出特殊的物理性质。
三、两种铁磁/铁电复合薄膜的磁电耦合效应（一）第一种复合薄膜第一种铁磁/铁电复合薄膜主要由铁磁材料和铅锌铌酸盐（PZN）等铁电材料组成。
在这种复合薄膜中，铁磁材料和铁电材料通过界面相互作用，产生磁电耦合效应。
当外加磁场作用于薄膜时，铁磁材料的磁矩发生变化，进而影响铁电材料的极化状态，从而产生电场。
反之亦然，当外加电场作用于薄膜时，也会影响铁磁材料的磁矩。
这种磁电耦合效应使得该类复合薄膜在传感器、存储器等领域具有广泛的应用前景。
（二）第二种复合薄膜第二种铁磁/铁电复合薄膜则采用其他类型的铁电材料，如铋铁氧体（BiFeO3）等。
与第一种薄膜相比，这种复合薄膜具有更高的磁电耦合系数和更好的稳定性。
其工作原理与第一种类似，但具体的材料特性和性能参数有所不同。
该类复合薄膜在高频器件、微波器件等领域具有潜在的应用价值。
四、实验研究及结果分析本文通过制备两种不同类型的铁磁/铁电复合薄膜，对其磁电耦合效应进行了实验研究。
首先，我们采用合适的制备工艺，分别制备出两种复合薄膜样品。
然后，通过测量样品在不同磁场和电场作用下的电阻、电容等参数，分析其磁电耦合效应。
实验结果表明，两种复合薄膜均表现出显著的磁电耦合效应，且具有不同的性能特点和应用潜力。
五、讨论与展望通过对两种铁磁/铁电复合薄膜的磁电耦合效应进行研究，我们发现这类材料具有许多独特的物理性质和潜在的应用价值。
基于空空导弹的电磁兼容问题仿真研究
（FDTD）具有独特的优越性，其原理非常简单，即直接将
时域 Maxwell 方程组的两个旋度方程中关于空间变量和
时间变量的偏导数方程用差商近似，从而转换为离散网
络节点上的时域有限差分方程 [3]。
为了建立差分方程，首先要将求解空间离散化。通
常是以一定形式的网格来划分求解空间，Yee 提出了差
径是有限的、可知和可控的。
“ 后门”耦合未知性较大，预
测和分析都较困难。电磁能量可通过弹体上的缝隙直
接 进 入 弹 体 内 部 ，孔 缝 耦 合 严 重 影 响 了 弹 体 的 屏 蔽 性
能，降低数为：
E
η = 20 lg c
Ei
收稿日期：2015⁃05⁃28
孔缝耦合基本理论
电磁波进入导弹系统内部的通道分为“前门”耦合
和“后门”耦合 [2]。其中，
“ 前门”耦合是指入射波通过导
弹系统的接收通道形成的耦合，主要包括：导引头、GPS
天线。
“ 后门”耦合是指入射波通过导弹壳体上的孔缝、
电缆接头形成的耦合。对于导弹装备，
“ 前门”耦合的途
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20
不同极化的孔缝耦合系数如图 3 所示。
式中：E c 为进入腔体内电磁场强度；E i 为入射波电场
强度。
1.2
2015 年第 38 卷
现代电子技术
弹体孔缝耦合的数值仿真
在 计 算 腔 体 孔 缝 耦 合 问 题 方 面 ，时 域 有 限 差 分 法
统电磁兼容性能的重要方法和手段，而对弹体孔缝耦合
和弹体内电缆的电磁耦合特性的分析是导弹电磁兼容
性预测和设计所要解决的两个主要问题，直接关系到导
磁耦合原理
磁耦合原理磁耦合是一种通过磁场传递能量或信息的原理。
它是利用磁场的作用实现能量或信息的传递，是一种重要的非接触式传递方式。
磁耦合原理被广泛应用于电力传输、通信、传感器、医疗设备等领域，具有重要的理论和实际价值。
下面将从磁耦合的基本原理、应用领域和发展趋势等方面进行介绍。
磁耦合的基本原理是指通过磁场的作用，在两个物体之间传递能量或信息。
在磁耦合系统中，通常有一个发射端和一个接收端，发射端通过产生磁场，而接收端则通过感应磁场来实现能量或信息的传递。
磁耦合系统通常包括磁场发生器、磁场传感器和控制电路等组成部分。
通过控制磁场的强度和方向，可以实现对能量或信息的传递和调控。
磁耦合原理在电力传输领域具有重要应用。
传统的电力传输方式存在线路损耗大、安全隐患多等问题，而磁耦合技术可以实现非接触式的电能传输，避免了传统电力传输方式的缺陷。
此外，磁耦合技术还可以应用于无线充电、电动汽车等领域，为电力传输领域带来了新的发展机遇。
在通信领域，磁耦合原理也有着重要的应用。
例如，近场通信（NFC）技术就是基于磁耦合原理实现的一种短距离通信技术，它可以实现手机、智能卡等设备之间的数据传输和交换。
此外，在传感器领域，磁耦合原理也被广泛应用于磁传感器、地磁导航等领域，为传感器技术的发展提供了新的可能。
随着科学技术的不断发展，磁耦合原理也在不断创新和完善。
例如，近年来出现的磁共振无线充电技术，就是一种基于磁耦合原理的新型充电技术，它可以实现对移动设备的无线充电，为移动设备的使用带来了更大的便利。
另外，磁耦合原理在医疗设备、航天航空等领域也有着重要的应用，为这些领域的发展带来了新的机遇和挑战。
总之，磁耦合原理作为一种重要的非接触式传递方式，在能量传输、通信、传感器等领域有着广泛的应用和发展前景。
随着科学技术的不断进步，相信磁耦合原理将会在更多的领域发挥重要作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
电磁固体力_磁_电作用的耦合效应
收稿日期:1999203210.基金项目:国家杰出青年科学基金资助项目(19725207).作者简介:郑晓静(19592),女,教授,博士生导师. 文章编号:045522059(1999)0320017205电磁固体力—磁—电作用的耦合效应郑晓静(兰州大学力学系,甘肃兰州 730000)摘要:详细介绍了兰州大学电磁固体结构力学研究组近年来在铁磁弹性结构力磁耦合模型建立与定量分析、超导载流磁体磁弹性行为模拟、磁悬浮列车动力控制稳定性与仿真以及压电型智能结构主动控制和小波方法等方面的研究工作和成果.关键词:电磁固体力学;智能结构;磁悬浮列车;超导载流磁体;磁弹性中图分类号:Q 34315 文献标识码:A电磁固体力学的研究对固体力学理论体系的完善和工程应用中实际问题的解决有着重要意义.以磁弹性固体力学为例,由于铁磁材料在外界磁场作用下的磁化效应,处于外加磁场中的铁磁结构将在无直接接触的外界载荷情况下发生变形、失稳以及振动.如何描述这种外界磁场与铁磁材料相互作用形成的“力”效应,一直是固体力学理论研究的重要课题之一,吸引着众多学者,其代表人物有[1]:W .F .B row n (1966),F .C .M oon (1968),A .C .E ringen (1980),G .A .M augin (1981),Y .H .Pao (1978)以及van L ieshou t (1987)等.而电磁固体力学的应用领域,随着高新技术的发展和电磁场技术的不断开发而愈来愈广阔,如:热核聚变反应堆中的托卡马克装置的许多结构和它的第一壁在强磁场作用下的强度问题、稳定性问题直接涉及反应堆整体的安全性;又如:磁悬浮列车以及一些以电、磁物理量为输入或控制量的敏感元件和执行器的设计等.特别是由于各种新型功能材料的不断问世和商业化,如:超导材料、巨磁电阻材料等,使人们比以往任何时候都更为迫切地希望了解那些由对电磁效应敏感的材料制成的结构——电磁固体结构的力学行为以及它们与电磁效应间的响应关系.兰州大学电磁固体结构力学研究小组自90年代初率先在国内展开电磁固体力学领域的研究工作,取得具有实质性进展的研究成果.在得到国内同行的充分肯定与认可的同时,与美国、日本和法国等国外同行建立了广泛深入的合作伙伴关系,如:与美国加州大学里夫塞德分校“纳米工程与智能材料中心”的合作研究与研究生联合培养、与日本东京大学核工程实验室的合作并由此争取到日本应用电磁材料与力学学会捐赠兰州大学300万日元资助以电磁固体力学研究方向为主的研究生奖学金等.该小组近年来的主要工作如下.1 铁磁体力磁耦合模型建立与定量分析在现有描述铁磁体磁弹性力学行为的诸多模型中,主要存在如下局限性[2]:(1)只能定性描述铁磁悬臂梁式板在横向磁场中的失稳实验(即负磁刚度现象),而由此第35卷第3期1999年9月兰州大学学报(自然科学版)Journal of L anzhou U niversity (N atural Sciences )V o l .35N o.3Sep t .199981 兰州大学学报(自然科学版) 第35卷得到的临界磁场的定量预测值与实验值存在较大差别.(2)在描述铁磁悬臂梁式板在面内纵向磁场中的固有频率上升实验(即:正磁刚度现象)时,得出固有频率下降的结论,与实验现象相违.(3)用麦克斯韦应力张量描述力磁效应所得结果与实验不符,缺乏描述三维铁磁体的有效模型.除此之外,由于电磁场与力学场场方程的耦合,定量分析结果不仅为数甚少,而且往往忽略或简化了磁弹性力学问题本身的强耦合效应.针对上述问题,本小组完成如下工作[3～6]:(1)指出已有主要模型的局限性,建立了以可磁化介质固体和薄板结构力学应变能和磁能为总能量泛函的广义变分原理,由此得到反映磁能与机械能转换的磁力表达式和描述磁场与力学场耦合作用的基本方程.这是目前能同时模拟正、负磁刚度现象的惟一的理论模型.(2)提出磁弹性力学问题的本质是非线性的观点.即:既使仅仅考虑结构的线弹性力学行为和线性磁化效应,磁场与力学场一经耦合,此类问题的控制方程为一组非线性微分方程.在此基础上,建立了对这类耦合的、非线性偏微分方程组求解的定量分析程序,成功模拟了横向磁场中铁磁板的弯曲与失稳、面内纵向磁中铁磁梁式板的振动以及圆柱壳在横向磁场中的弯曲等实验.针对在强磁场情形,由于磁饱合出现的非线性磁化,考察了具有双重非线性效应(分别由耦合效应和物理非线性引起)的铁磁板、壳的力学行为,指出:非线性因素的考虑将使结构设计偏于安全.(3)从理论上澄清了铁磁板发生磁弹性弯曲与磁弹性屈曲失稳的磁场条件.从定性、定量两个方面揭示:倾斜外界磁场中的铁磁板将发生磁弹性弯曲(F.C.M oon曾否定磁弹性弯曲现象的发生),且失稳是经磁弹性弯曲演变而成;磁弹性弯曲变形将使结构磁弹性失稳临界值减小,直接影响结构的安全设计.(4)成功模拟了几何非线性简支梁式板在周期激励磁场中的振动.定量分析发现:铁磁梁式板在周期激励磁场中具有动力分叉、屈曲、奇怪吸引子和混沌这些极为丰富的动力学行为.同时还考察了涡电流对磁场中铁磁板振动的阻尼效应.2 超导载流磁体的磁弹性行为模拟在托卡马克装置中,超导载流线圈被用来产生强磁场以约束高温等离子热核反应在指定区域进行.这样,在借助超导磁体的强电流产生强磁场的同时,超导磁体也受到强电磁力的作用发生弯曲与失稳,进而影响整个装置的正常运行.已有的理论研究均不能同时预测出线圈由磁弹性弯曲至失稳的全过程.本研究小组在这一方面所开展的工作有[7～9]:(1)基于曲梁弯曲理论、B i o t2Savart定律和L o ren tz定律,建立了描述结构全部变形模式、反映力—电—磁耦合作用的非线性磁弹性理论模型.(2)针对由理论模型给出的高阶非线性常微分方程,建立半解析半数值算法,对三线圈超导局部To ru s、八线圈轴对称放置的To ru s、螺旋型线圈的力学行为进行了全面的定量模拟.由于所建模型的合理性和求解方法的高精度,使理论预测的临界电流值与实验值的误差在5%以内,大大低于原有理论分析与实验值的误差.同时,通过分别分析中间受一个点支撑约束、两个点支撑约束以及一个夹紧支撑时线圈失稳的临界电流值,发现线圈中部受一个夹紧支撑约束是约束数目尽可能减少、线圈临界电流值又大大提高的值得推荐的约束方式.(3)针对目前工程实际中大多采用的是非圆D 型线圈,建立了描述非圆形线圈面内、外全部变形的非线性力磁耦合模型,即变系数非线性常微分方程组.通过半解析半数值方法的定量模拟,发现对非圆形线圈,随着各圆弧间的半径比Κ的增大,线圈的临界电流值相应增大,且当1<Κ<11382时,其临界电流值的增大要比Κ>11382时要快;当Κ=11382时,线圈的力学行为呈最优状态.这是圆形线圈所不具备的.3 磁悬浮列车动力控制稳定性与仿真磁悬浮技术在交通、轧钢以及微电子器件等领域已有应用,其中磁悬浮列车以其耗能低、速度快、无磨损、噪音小等优点为各国研制和开发.我国已有样车试验成功并准备投入运营.但由于造价高和周期长,尚未进行磁悬浮列车高速状态试验.然而,悬浮且高速行驶的车体与高架弹性轨道之间的动力耦合特性是系统安全、可靠的重要因素之一.在已有的文献中,磁浮力往往被简化为等效弹簧力,而实际中磁浮力随悬浮高度变化,而悬浮高度又受被控系统的电流、电压以及悬浮力的影响.作为国防科工委的预研项目并列入国家科技部“九 五”重大软课题的子项目,本研究小组对具有控制系统的磁悬浮列车高速运行状态下的动力行为进行了仿真研究和稳定性分析[10,11]:(1)对刚性轨道上的磁浮体控制系统,给出位移与速度反馈控制系统稳定的参数取值条件与范围以及控制参数对磁浮体铅直运动的影响特征.(2)对弹性轨道上运行的磁浮控制体,应用F loquet 理论与分支方法,给出系统稳定参数的区域以及车体与变形轨道动力响应的模拟.(3)对二级磁悬浮体动力控制系统,利用L iapunov 特性指数判别动力控制系统的稳定性,并对系统动力响应进行了理论模拟,发现:一级悬浮体的质量显著影响着轨道挠度,同时,当列车速度小于015倍的列车临界速度时,轨道挠度随列车质量单调增,而在大于015倍的临界速度时,呈单调减.同时,系统阻尼对系统的动力影响与悬浮体的运行速度有关.4 压电型智能结构的主动控制及小波方法智能结构的压电控制是利用压电材料的正、逆效应,将压电薄膜粘贴或嵌入结构表面或内部作为感应器和致动器,以感应结构的变形,并通过与外部控制电路系统相连达到对结构振动的形状和频率实施控制.已有的理论研究和控制方法往往对压电片的形状有要求,致使加工困难;或不能兼顾所控模态的通用性并避免由于控制溢出造成控制失稳;除此之外,往往只考虑结构的线性变形,缺乏对柔韧构件压电控制非线性定量分析方面的工作.小波理论是近年来形成和迅速发展的一种数学工具,在信号分析、图象识别、函数逼近和微分方程求解等领域应用广泛.在用于边值问题求解中,可对区域进行自动划分;在将试函数取为小波函数后,其计算具有精度高和收敛速度快的特点.但由于小波函数基函数的高阶(二阶以上)导数在求导和积分运算方面的计算困难,一直难以用于力学问题.本研究小组在周又和教授主持的国家自然科学基金项目的资助下,开展如下工作[12～14]①:(1)对于几何非线性变形圆板和扁球壳在压电致动器的静电压作用下的动力行为,建立91第3期 郑晓静:电磁固体力—磁—电作用的耦合效应 ①Zhou Y H ,T zou H S .A ctive contro l of nonlinear p iezoelectric circular spherical shells[J ].Int J So lid Struct,1999,36.02 兰州大学学报(自然科学版) 第35卷了结构频率随控制电压变化的理论模型与定量分析方法,给出其定量结构;用K BM摄动技术讨论了其电压控制对大振幅情形的幅频效应的影响规律以及环境温度对被控频率的影响.(2)对于小波方法中的高阶导数计算和分解系数的数值积分,建立了精度较高的导数计算格式、小波高斯积分公式和相应的误差估计.利用这一方法给出了由其它方法难以求解超越非线性微分方程边值问题的解,并将小波伽辽金有限元方法应用到包括变截面、几何非线性情况的梁、板结构力学边值问题的求解中.(3)对于线性和几何非线性梁、板结构动力控制问题,在建立广义小波高斯积分法的基础上,给出了结构变形构型识别的显式公式以及致动压电片上控制电压施加的控制方法.由于小波尺度函数变换具有低带通性质,这一控制方法除给出由感应片电信号识别结构变形构型的显式表达式外,还避免了控制溢出造成的控制失稳,并具有通用性和快速抑制外界扰动等优点.(4)针对压电材料中表面声波的产生及传播,证实高速旋转体表面声波的存在性,并就科氏惯性力、向心力对表面声波波速的影响给出定量分析.这一工作将使利用表面声波速度变化测定高速旋转体的角速度成为可能.除上述各方面的研究工作外,本研究小组还对沙尘暴过程中的风沙电现象展开研究工作.在总结沙尘暴对无线电波可能产生的影响基础上[15],建立了以气体与带电尘粒两种介质的多相流力、电、磁耦合的基本数学模型.定量分析结果发现,沙尘运动的轨迹受沙尘带电的影响和带电电荷符号的影响十分明显.此方面的研究亟待深入.5 结束语随着高新技术的不断发展和社会对高新技术需求的增加,将更进一步促使力学工作者去探讨结构的力学行为对新材料(对热、电、磁等更为敏感)、新工况(热、电、磁、失重等)和新尺度范围和跨度等的响应;其中磁致伸缩、电致伸缩响应及其应用、巨磁电阻材料、磁减振材料、超导材料等新材料的力学性能分析与应用开发、磁阻尼控制以及智能结构和微机电元器件、敏感元器件设计、为尽量提高表面声波频率以满足日益增长的移动通讯对扩大频道范围的需要而进行的对表面声波反射、与电磁场耦合作用二阶效应的研究等众多力学问题将随着研究工作的不断深入而不断为未来高新技术提供理论基础和依据;这类问题的理论研究所涉及的各向异性、非均匀、多重耦合和多重非线性极具挑战性.因此,电磁固体力学作为21世纪固体力学重点研究领域之一已成为共识.参 考 文 献[1] 周又和,郑晓静.电磁固体结构力学[M].北京:科学出版社,1999.[2] 周又和,郑晓静.磁弹性薄板屈曲的研究进展和存在的若干问题[J].力学进展,1995,30(4):525～536.[3] Zhou Y H,Zheng X J.A general exp ressi on of m agnetic fo rce fo r soft ferrom agnetic p lates in comp lexm agnetic fields[J].Int J Eng Sci,1997,35(15):1405～1417.[4] 周又和,郑晓静.铁磁体磁弹性相互作用的广义变分原理与理论模型[J].中国科学A辑,1999,29(1):61～68.[5] Zheng X J,Zhou Y H,W ang X Z.Bending and buck ling of ferrom agnetic rectangular p lates[J].A SCEJ Eng M ech,1999,125(2):180～185.[6] Zhou Y H ,M iya K .A theo retical p rediti on of natural frequcency of a ferrom agnetic p late w ith low sus 2cep tibility in in 2p lane m agnetic field [J ].A S M E J A pp lM ech ,1998,65(1):121～126.[7] Zheng X J ,Zhou Y H .M agnetoelastic bending and stability of current 2carrying co il structures [J ].A cta M echanica Sinica (English Editi on ),1997,13(3):253～263.[8] Zheng X J ,Zhou Y H ,L ee S J .Instability of superconducting partial to rus w ith tw o p in suppo rts [J ].A SCE J Eng M ech ,1999,125(2):174～179.[9] Zhou Y H ,M iya K .M echanical behavi o r of superconducting helical co ils in a fusi on reacto r [J ].Fusi onEngineering and D esign ,1998,38(3):283～293.[10] 郑晓静,武建军,周又和.周期变系数常微分方程动力系统稳定性分析的L iapunov 指数判据[J ].兰州大学学报(自然科学版),1999,35(2):17～20.[11] 武建军,郑晓静,周又和.二级磁浮列车控制系统动力特性的数值仿真[J ].非线性动力学报,1998,5(S I ):95～100.[12] Zhou Y H ,W ang J Z ,Zheng X J .A pp licati ons of w avelet Galerk in FE M to beinding of beam andp late structures [J ].A pp lM ath M ech ,1998,19(8):745～755.[13] 周又和,王记增.基于小波理论的悬臂板压电动力控制模型[J ].力学学报,1998,30(6):719～727.[14] 周又和,郑晓静.变温环境对压电圆板频率主动控制的影响[J ].力学学报,1998,30(1):58～64.[15] 黄宁,郑晓静,陈广庭,等.沙尘暴对无线电波传播影响的研究[J ].中国沙漠,1998,18(4):350～353.Coupl i ng Effects of M echan ics -M agnetis m -Electr ic ityon Electromagnetic Sol idsZ heng X iaoj ing(D epartm ent of M echanics ,L anzhou U niversity ,L anzhou ,730000,Ch ina )Abstract :A detail review is p resen ted in th is pap er on the recen t w o rk and resu lts given by the electrom agnetic so lid structu re m echan ical group of L anzhou U n iversity .T hese research 2es deal w ith estab lish ing and quan titatively so lving m echan ics 2m agnetis m coup ling m odels fo r ferrom agnetic elastic structu res ,si m u lating m agnetoelastic behavi o r of superconducting cu r 2ren t 2carrying m agnets ,investigating and si m u lating the stab ility of dynam ically con tro lled m aglev ,active con tro l on p iezoelectric in telligen t structu res and w avelet m ethod etc .Key words :electrom agnetic so lid m echan ics ;in telligen t structu res ;m aglev ;superconducting cu rren t 2carrying m agnet ;m agnetoelasticity 12第3期 郑晓静:电磁固体力—磁—电作用的耦合效应 。
磁偶合作用
磁偶合作用
磁偶合作用是指两个或多个磁体之间产生的相互作用力或相互影响的现象。
它是由于磁场的存在而产生的。
在磁偶合作用中，有两种主要类型：
1. 吸引力：当两个磁体的北极和南极相互靠近时，它们之间会产生一个吸引力，使它们彼此靠近。
2. 排斥力：当两个磁体的北极或南极相互接近时，它们之间会产生一个排斥力，使它们彼此远离。
磁偶合作用遵循一些基本原则：
1. 西奥尔·奥斯特定律：相同极性的磁体会相互排斥，不同极性的磁体会相互吸引。
2. 磁场强度：磁偶合作用的大小与磁体之间的距离及其磁场强度有关。
距离越近，磁偶合作用越强。
磁体的磁场强度越大，磁偶合作用
也会增加。
3. 磁体形状：磁体的形状和大小对于磁偶合作用有影响。
有些磁体，如弯曲的磁铁棒或环形磁体，可能会增强磁偶合作用。
磁偶合作用在各种应用中都有重要意义。
例如，在磁共振成像（MRI）中，利用磁偶合作用来生成映像。
此外，磁偶合作用还可以应用于电感耦合无线充电系统、磁悬浮列车技术等领域。
磁弹效应法
磁弹效应法
磁弹效应法是一种常用的材料力学测试方法，可以用来研究材料的弹性和塑性性质。
该方法利用磁场和机械载荷的作用，通过对材料上表面形变和磁特性的测量，来推断出材料的力学性质。
磁弹效应法的基本原理是，当材料在磁场作用下受到机械载荷时，材料表面会发生微小形变，导致磁性特征发生变化。
通过测量这些变化，可以计算出材料的弹性模量、塑性应变等力学参数。
磁弹效应法具有非破坏性、高精度等优点，适用于各种材料的力学性质测试。
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磁耦合密封原理
磁耦合密封原理磁耦合密封是一种利用磁力实现无接触密封的技术，广泛应用于高温、高压、腐蚀性介质等特殊环境下的密封工艺。
该原理基于磁力的吸引和排斥效应，通过磁场的作用将两个物体之间形成密封。
磁耦合密封具有无摩擦、无磨损、无泄漏等优点，因此在工业领域得到了广泛应用。
磁耦合密封的原理是利用磁铁的吸引力和排斥力来实现密封效果。
磁耦合密封通常由两个部分组成：驱动部分和密封部分。
驱动部分包括一个旋转磁铁和一个固定磁铁，而密封部分则是由一个密封罩和一个密封套组成。
在工作时，驱动部分的旋转磁铁通过电机驱动，产生一个旋转的磁场。
这个磁场会与密封部分的固定磁铁相互作用，产生吸引力或排斥力。
当吸引力大于密封部分的自重和介质压力时，密封罩就会被吸附在固定磁铁上，形成一个密封。
当排斥力大于密封部分的自重和介质压力时，密封罩就会被排斥到一定的距离，同样形成一个密封。
磁耦合密封的优点之一是无摩擦。
由于密封罩和固定磁铁之间没有直接接触，因此不会产生摩擦和磨损。
这不仅能够延长密封件的使用寿命，还能够减少泄漏的可能性。
此外，磁耦合密封还具有无泄漏的特点。
由于密封罩和固定磁铁之间形成了一个密封空间，介质无法从中逸出，从而有效地防止了泄漏的发生。
磁耦合密封还具有良好的耐腐蚀性能。
由于密封罩和固定磁铁通常由不锈钢等耐腐蚀材料制成，因此能够在腐蚀性介质中长期稳定地工作。
这使得磁耦合密封在化工、医药、食品等行业中得到了广泛应用。
然而，磁耦合密封也存在一些限制。
首先，由于磁耦合密封需要使用电机和磁铁等设备，因此其成本较高。
其次，由于磁耦合密封需要产生强大的磁场来实现密封效果，因此其功耗较大。
此外，由于磁耦合密封是一种无接触密封技术，因此对设备的精度要求较高，一旦出现偏差可能会导致密封效果不佳。
总的来说，磁耦合密封是一种利用磁力实现无接触密封的技术，具有无摩擦、无泄漏、耐腐蚀等优点。
虽然存在一些限制，但在特殊环境下仍然具有重要的应用价值。
未来随着科技的不断发展，磁耦合密封技术有望进一步提高，为工业领域带来更多的便利和效益。
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孔祥聪 唐亚兵 葛晓婧
磁弹耦合效应
• 定义：磁弹耦合效应是反应磁性材料磁学性质（μ）和力学性质 （σ/S）相互关系的一种现象。包括磁致伸缩效应和逆磁致伸缩效 应（也称压磁效应、磁弹效应）。
磁致伸缩效应
• 定义：磁致伸缩，就是物体在受到外磁场作用时,沿磁力线方向会 产生伸缩相对变形。磁致伸缩的大小以相对伸缩值λ=Δl/l表示。 “λ”即磁致伸缩系数。 • 一切铁磁材料都具有磁致伸缩效应，不同材料的磁致伸缩效应不 同，有些材料在外磁场作用下伸长，具有正的磁致伸缩系数；还 有些材料在磁场作用下缩短，具有负的磁致伸缩系数。 • 根据铁磁材料在磁场中的几何尺寸变化的形式效应。
压磁式传感器
在压磁材料的中间部分开有四个对称的小孔1、 2、3和4，在孔1、2间绕有激励绕组N12，孔3、 4间绕有输出绕组N34。当激励绕组中通过交流 电流时，铁心中就会产生磁场。若把孔间空间 分成A、B、C、D四个区域，在无外力作用的情 况下，A、B、C、D四个区域的磁导率是相同的。 这时合成磁场强度H平行与输出绕组的平面，磁 力线不与输出绕组交链，N34不产生感应电动势， 如图所示。 在压力F作用下，如图c所示，A、B区域将受到 一定的应力，而C、D区域基本处于自由状态， 于是A、B区域的磁导率下降、磁阻增大，C、D 区域的磁导率基本不变。这样激励绕组所产生 的磁力线将重新分布，部分磁力线绕过C、D区 域闭合，于是合成磁场H不再与N34平面平行， 一部分磁力线与N34交链而产生感应电动势e。F 值越大，与N34交链的磁通越多，e值越大。
磁致伸缩效应特点
（1）磁致伸缩所引起的相对变形量很小，约在10-6数量级。 （2）磁致伸缩应变与材料的性质、加工方法和预先磁化的程度有关。 不同的铁磁材料在相同的磁场强度H的作用下，所产生的伸长或缩短的 大小是不相同的。 （3）磁致伸缩材料具有磁致伸缩饱和现象，即当外加磁场强度由小逐 渐加大时，应变开始随之增加，但当磁场增至一定程度以后，应变就不 再增加了，称此时的最大磁致伸缩应变为 饱和磁致伸缩应变。 （4）磁致伸缩形变与温度有密切关系，当温度升高时，由于铁磁材料 晶格的变化，磁化强度会发生变化。有些材料的磁 致伸缩随温度呈直线 下降，有的先升高后下降，有的下降到零 后又升高再下降。不管是哪种 变化情况，它们都存在一个QT的温度，一旦到达这一温度，自发磁化不 再存在，铁磁体变为 顺磁体，称为材料的居里点。要利用磁致伸缩材料 的磁致伸缩效应，必须让它处于远低于居里点的温度环境内。
自发现物质的磁致伸缩效应后，人们研究和发展了一系列磁致伸缩 材料，主要有3大类： （1）磁致伸缩的金属与合金，如镍（Ni)基合金（Ni, Ni-Co合金， Ni-Co-Cr合金）和铁基合金（如Fe-Ni合 金，Fe-Al合金，Fe-Co-V合金 等）； （2）铁氧体磁致伸缩材料，如Ni-Co和Ni-Co-Cu铁氧体材料等。前 两种称为传统磁致伸缩材料，其λ值较小，在 20 ~ 80 ppm 之间； （3）近期发展了稀土金属间化合物磁致伸缩材料，称为稀土超磁 致伸缩材料。它以（Tb(铽),Dy(镝)) Fe2化合物为基体的合金，如 Tb0.3Dy0.7Fe1.95 材料（Tb - Dy - Fe 材料）的 λ 达到 (1500 ~ 2000) ppm,比磁致伸缩的金属与合金和铁氧体磁致伸缩材料的λ大1 ~2个 数量级，称为稀土超磁致伸缩材料。
磁致伸缩效应的应用
• 磁致伸缩材料可以制成功率电-声换能器、电-机换能器、 驱动器、传感器和电子器件等, 广泛应用于海洋、地质、 航空航天、运输、加工制造、医学、计算机、机器人、 仪器、电子及民品等技术领域。
• 磁致伸缩马达 1988年柏林大学的L.Kiesewetter教 授研制出世界上第一台超磁致伸缩 马达。当移动线圈通入电流且位置 发生变化时，超磁致伸缩棒运动部 分分别在纵向和径向方向上产生磁 致伸缩应变，使超磁致伸缩棒交替 伸缩，像虫子一样蠕动前进。它的 最大速度可达20mm/s并具有驱动 重载无反冲的优点。
• 磁畴旋转的示意图如右图。在外磁场 作用下，小磁畴受力改变其取向，随 着磁场的增大，越来越多的磁畴取向 发生改变并趋于一致，且其取向偏离 原取向的角度也逐渐增大。 • 按照所加外磁场的大小逐一来看。在0 和1区间之间，提供的磁场很小，磁畴 几乎不体现其定位模式。在1-2区间， 我们设想，应变与磁场之间存在几乎 趋于线性的关系。因为关系简单，容 易预测材料的性能，所以，大部分设 备被设计工作于这个区间。曲线超过 点2后，应变与磁场关系又变为非线性， 这是由于大部分磁畴已经按照磁场的 方向排列整齐。在点3，出现饱和现象， 阻止了应变的进一步增加。
压磁效应的性质及应用
性质：磁性材料的应力状态与其内部的磁畴结构有着密切关系，而 磁畴结构的变化将直接导致材料磁场性能的变化，利用磁弹效应可 以通过测量磁性材料的磁场性能变化测得结构的应力状态变化，从 而将测应力的问题转化为测磁场性质的问题。 应用：通过磁弹效应，可以将工程中复杂的应力测量问题转化为研 究电磁学的问题，具有较大的工程实际意义，如建筑、土木工程、 航空航天领域。
磁致伸缩效应的本质原理
• 小磁畴的旋转被认为是磁致伸缩效应 改变长度的原因。磁畴旋转以及重新 定位导致了材料结构的内部应变。结 构内的应变导致了材料沿磁场方向的 伸展（由于正向磁致伸缩效应）。在 此伸展过程中，总体积基本保持不变， 材料横截面积减小。总体积的改变很 小，在正常运行条件下可以被忽略。 增强磁场可以使越来越多的磁畴在磁 场方向更为强烈和准确的重新定位。 所有磁畴都沿磁场方向排列整齐即达 到饱和状态。右图为长度随磁场强度 变化的理想化。
压磁效应原理
磁材料被磁化时,如果受到限制而不能伸缩,内部会产生应力。同样 在外部施加力也会产生应力。当铁磁材料因磁化而引起伸缩(不管 何种原因)产生应力σ时,其内部必然存在磁弹性能量E0,分析表明,E0 与λm・σ之积成正比,其中λm为磁致伸缩系数。并且还与磁化方向与 应力方向之间的夹角有关。由于E0的存在,将使磁化方向改变,对于 正磁致伸缩材料,如果存在拉应力,将使磁化方向转向拉应力方向,加 强拉应力方向的磁化,从而使拉应力方向的磁导率μ增大。压应力将 使磁化方向转向垂直于应力的方向,削弱压应力方向的磁化,从而使 压应力方向的磁导率减小。对于负磁致伸缩材料,情况正好相反。 这种被磁化的铁磁材料在应力影响下形成磁弹性能,使磁化强度矢 量重新取向,从而改变应力方向的磁导率的现象称为磁弹效应或压 磁效应。 铁磁材料的相对磁导率变化与应力σ之间的关系为： Δμ/μ=(2λm/Bm2)σμ
（5）磁致伸缩材料的磁致伸缩应变与磁场的方向无关，即当磁场 的方向改变而数值不变时，所产生的应变的大小和符号不变，说明 应变S是磁场强度H的偶函数，即S = Δl/l=Ψ(H2)或S=Ψ(B2)。 实验证明，在棒自由情况下， S=K(B)B2 式中K(B)为比例系数，它是磁感应强度B的函数。 （6）铁磁材料在外磁场作用下能产生磁致伸缩应变，由此产生的 机械应力，称为磁致伸缩应力Tm，它可表示为 Tm = YΔl/l= YK(B)B2 式中Y为杨氏模量。 在极化时,可认为Tm=α(B0)B， α(B0)称为磁致伸缩应力常数，是B0的 函数。
磁致弹性效应（逆磁致伸缩效应）
定义：磁致弹性效应（简称磁弹效应）是铁磁性材料在机械应力 （应变）的作用下，材料磁性随着改变的现象。磁弹效应与磁致伸 缩效应相反，因此也被称为逆磁致伸缩效应，有时也称压磁效应。 又由于该效应是Villari于1865年发现的，因此也称为Villari效应。 磁弹效应的产生是因为磁性材料内磁畴结构与其应力状态有密切关 系。在应力作用下，材料内的畴壁将改变其位置。
磁致伸缩材料
磁致伸缩材料在外磁场的作用下，其长度或体积发生形变，主要长 度的形变，因而发生位移而做功，或在交变磁场中，反复伸长或缩 短，从而引起振动或声波，这种材料可将电磁能(或电磁信息)转换 成机械能或声能(或机械位移信息或声信息)，是重要的能量和信息 转换材料。 因此，具有较大磁致伸缩系数（一般λs≥40*10-6)的材料称 为磁致伸 缩材料。选用磁致伸缩材料的要求是：饱和磁致伸缩应变λs要大， 磁致伸缩应变对磁场的变化率（dλ/dH）max要大，即要求在低磁场 下有很高的λ值，电磁能与机械能的相互转换效率要高。