磁控形状记忆合金磁力性能及作动器原理
形状记忆合金原理
形状记忆合金原理形状记忆合金是一类具有记忆性能的金属材料，其主要原理是基于相变的特性。
相变是指材料在经历温度或应力变化时发生的结构转变。
形状记忆合金通常由几种金属元素组成，例如镍钛合金（NiTi）和铜铝锌合金（CuAlNi）。
形状记忆合金的记忆性能源于其晶格结构的可逆变化。
当形状记忆合金处于高温相态时，晶格结构会发生变化，并具有较高的韧性和可塑性。
当温度降低到临界温度以下，形状记忆合金将会发生一种相变，晶格结构会从高温相态转变为低温相态。
在低温相态下，形状记忆合金呈现出预先确定的形状。
当应力作用于合金时，合金会发生形状改变，但一旦应力消失，形状记忆合金又会恢复到其原始的形状。
这种自身恢复的能力使形状记忆合金具有很多应用潜力。
形状记忆合金的形状记忆效应主要由两个过程共同作用实现：弹性变形和相变。
弹性变形是指在外力作用下形状记忆合金发生可逆的弹性应变。
具体来说，当外力作用后，合金中的晶格结构发生畸变，但并未达到破坏点，而是在去除外力后通过弹性回复恢复到初始形状。
相变是指合金在温度变化下发生的晶体结构相变。
当外力去除后，合金通过温度的改变实现形状的记忆效应。
当温度回升到一定临界温度时，材料会由低温相态变为高温相态，晶格结构发生改变，形状记忆合金将会失去形状记忆效应。
当温度再次降低时，合金将再次回到低温相态，并恢复原始形状。
形状记忆合金由于其独特的记忆性能，在多个领域得到广泛的应用。
例如，医疗领域中的支架器械和牙套、航空航天领域中的航空零部件以及汽车工业中的发动机零部件等。
形状记忆合金的原理使得这些设备能够适应不同的环境和应力变化，增强了其稳定性和可靠性。
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用【摘要】形状记忆合金是一种能够记忆其原始形状并在适当条件下恢复的智能材料。
本文首先介绍了形状记忆合金的基本原理，包括其特殊的晶体结构和相变特性。
接着探讨了形状记忆合金在医疗器械和航空航天领域的广泛应用，如支架和航天器构件。
也介绍了形状记忆合金在智能材料中的应用，如自修复材料和智能纺织品。
文章总结了形状记忆合金的前景及发展趋势，指出其在未来有望在更多领域发挥重要作用，并可能带来更多创新和应用。
形状记忆合金的机理及其应用具有广阔的发展前景，将为科技领域带来更多新的可能性和机遇。
【关键词】形状记忆合金，机理，应用领域，医疗器械，航空航天，智能材料，前景，发展趋势1. 引言1.1 形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属材料，其最显著的特点就是可以记忆其固有的形状并在外界条件发生变化时恢复到原来的形状。
这种特殊性能的机理主要是由于形状记忆合金内部的晶体结构和相变特性所决定的。
当形状记忆合金处于低温状态时，其晶体结构呈现出一种特定的形状；而当受热或外力作用时，形状记忆合金会发生相变，晶体结构重新排列，从而使材料发生形状变化。
形状记忆合金的应用领域非常广泛，包括医疗器械、航空航天、智能材料等。
在医疗器械领域，形状记忆合金可以被用于制作支架、植入物等医疗器械，因其具有良好的生物相容性和机械性能，可以有效帮助医生进行手术或治疗。
在航空航天领域，形状记忆合金可以被用于制作航空器件、航天器件等，因其轻便、耐高温等特点，可以大大提高航空航天设备的性能。
在智能材料领域，形状记忆合金可以被用于制作智能材料，可以根据外界条件变化自动改变形状，具有广阔的应用前景。
形状记忆合金的发展趋势是不断完善其性能，拓展其应用领域，推动其在工业生产和科研领域的广泛应用。
形状记忆合金将会在未来发挥越来越重要的作用，为人类社会的发展做出更大的贡献。
2. 正文2.1 形状记忆合金的基本原理形状记忆合金是一种具有特殊结构和性能的智能材料，其基本原理是在外界作用下能够发生可逆形变，并且恢复到其原始形状。
磁形状记忆合金在电磁器件中的应用
磁形状记忆合金在电磁器件中的应用磁形状记忆合金（magnetostrictive shape memory alloy, MSSMA）是一种具有特殊形状记忆特性的材料，它在电磁器件中具有广泛的应用前景。
本文将从原理、性能及其应用等方面进行分析和阐述。
一、磁形状记忆合金的原理磁形状记忆合金是一种能够通过磁场作用实现形状记忆的材料，它能够在外界磁场的作用下发生形状变化。
磁形状记忆合金的主要原理是磁场诱导产生应力，从而引发形状变化。
通过控制外加磁场的大小和方向，可以实现对磁形状记忆合金的形状、尺寸和位置的精确控制。
二、磁形状记忆合金的性能1. 磁致伸缩效应：磁形状记忆合金在外加磁场的作用下会发生尺寸的快速变化，即磁致伸缩效应。
这种效应使得磁形状记忆合金在电磁器件中能够实现精确的位置调节和控制。
2. 形状记忆特性：磁形状记忆合金在经历塑性变形后，通过对其加热或应用磁场的方式，可以恢复到最初的形状。
这种形状记忆特性使得磁形状记忆合金在电磁器件中具有很大的应用潜力。
3. 磁性特性：磁形状记忆合金不仅具有形状记忆特性，还具有磁性特性。
它可以用于制造磁传感器、电磁阀门和电磁悬浮装置等电磁器件。
三、磁形状记忆合金的应用1. 磁传感器：利用磁形状记忆合金的形状变化特性，可以制造高灵敏度的磁传感器。
这种磁传感器可以广泛应用于磁场测量、位移检测和应力监测等领域。
2. 电磁阀门：磁形状记忆合金的形状记忆特性使得它可以被应用于制造电磁阀门。
这种电磁阀门可以实现精确的开关控制，具有较高的响应速度和可靠性。
3. 电磁悬浮装置：磁形状记忆合金的磁致伸缩效应可以被用于制造电磁悬浮装置，用于实现物体的悬浮和移动。
这种装置在高速列车、风力发电机和精密仪器等领域具有广泛的应用前景。
结语：磁形状记忆合金作为一种具有特殊形状记忆特性的材料，在电磁器件中具有广泛的应用前景。
通过对磁形状记忆合金的原理和性能进行深入研究，可以更好地发挥其在电磁器件中的优势，并探索更多的应用领域。
形状记忆合金
形状记忆合金 具有形状记忆效应的金属，通常是由2种以上的金 属元素构成的合金，故称为形状记忆合金 (Shape Memory Alloys，简称SMA)。 20世纪80年代先后在高分子聚合物、陶瓷材料、 超导材料中发现形状记忆效应。
形状记忆合金
形状记忆效应可分为3种类型：
①单程形状记忆效应
②双程形状记忆效应 ③全程形状记忆效应
冷却
A
加热
M
可逆性
形状记忆合金 具有较 低的对 称性的 正交或 单斜晶 系，内 部是孪 晶变形 或层错
具有较 高的对 称性的 立方点 阵
热弹性马氏体相变时伴随有形状的变化。
形状记忆效应的实质： 是在温度的作用下，材料内部热弹性马氏体形成、 变化、消失的相变过程的宏观表现。
形状记忆合金
形状记忆合金晶体结构变化模型
超弹性或伪弹性
产生热弹性马氏体相变的形 状记忆合金，在Af温度以上 诱发产生的马氏体只在应力 作用下才能稳定地存在，应 力一旦解除，立即产生逆相 变，回到母相状态，在应力 作用下产生的宏观变形也随 逆相变而完全消失。其中应 力与应变的关系表现出明显 的非线性，这种非线性弹性 和相变密切相关，叫做相变 伪弹性 或超弹性
双程形状记忆效应
形状记忆合金 全程形状记忆效应——当加热时恢复高温相形状，冷 却时变为形状相同而取向相反 的高温相形状的现象。只能在 富镍的Ti- Ni合金中出现。
全程形状记忆效应
形状记忆合金
马氏体相变与形状记忆原理
热弹性马氏体相变 超弹性和伪弹性 应力诱发马氏体相变
形状记忆合金
马氏体相变与形状记忆原理 大部分合金和陶瓷记忆材料是通过热弹性马氏体 相变而呈现形状记忆效应。 普通的马氏体相变是钢的淬火强化方法，即把钢加 热到某个临界温度以上保温一段时间，然后迅速冷 却，钢转变为一种马氏体结构，并使钢硬化。
形状记忆合金的机理及其应用
形状记忆合金的机理及其应用形状记忆合金是一种智能材料，具有在受到外界刺激后恢复原本形状的特性。
它的机理及应用在材料科学领域引起了广泛的关注和研究。
本文将详细介绍形状记忆合金的机理以及其在各个领域的应用。
形状记忆合金的机理是由于其在相变时具有记忆性能。
通常形状记忆合金是一种金属合金，最常见的是钛镍合金。
当形状记忆合金处于高温相时，它可以被塑性变形，而当温度下降时它会回复原来的形状。
这种特性是由于形状记忆合金中存在马氏体相和奥氏体相两种组织结构。
由于形状记忆合金具有记忆形状的特性，它在各个领域都有着广泛的应用。
在医疗领域，形状记忆合金常用于医疗器械的制造。
例如在心脏手术中，可以使用形状记忆合金制成的支架，当支架导入到体内后可以根据体温发生形状变化，从而将支架固定在需要的位置。
形状记忆合金还可以应用于航空航天领域。
例如在航天器的发动机中，形状记忆合金可以用于制造喷嘴部件。
当喷嘴受到高温气流的冲击时，可以通过形状记忆合金的相变来保持喷嘴结构的稳定性，确保发动机的正常工作。
在建筑领域，形状记忆合金也有着广泛的应用前景。
例如可以用于地震防护结构中，当建筑物受到地震力作用时，形状记忆合金可以通过相变来调整结构的形状，减小地震对建筑物的影响。
形状记忆合金还可以用于高端制造领域。
例如在精密仪器的制造中，可以使用形状记忆合金制成的零部件，通过温度的变化来调整零部件的形状，从而实现精密的控制。
形状记忆合金是一种具有智能材料特性的材料，其机理是由于相变具有记忆形状的能力。
形状记忆合金具有着广泛的应用前景，在医疗、航空航天、建筑和高端制造等领域都有着重要的应用价值。
相信随着技术的不断进步，形状记忆合金的应用领域将会更加广泛，为人类社会的发展带来更多的便利和进步。
磁控形状记忆合金执行器工作原理及其应用
磁控形状记忆合金执行器工作原理及其应用磁控形状记忆合金执行器是一种新型的智能材料执行器，利用形状记忆合金的特殊性质，能够实现快速、准确的运动控制。
本篇文档将介绍磁控形状记忆合金执行器的工作原理及其应用。
1. 工作原理磁控形状记忆合金执行器是由形状记忆合金丝和磁控软磁铁两部分组成。
软磁铁将磁场输送到形状记忆合金丝中，通过磁力作用控制形状记忆合金丝的形状变化，从而实现执行器的启动和控制。
具体来说，当软磁铁施加磁场时，会引起形状记忆合金丝的形状变化。
形状记忆合金丝的形状变化激发了质量重组，获得更高的能量状态。
此时，形状记忆合金丝的透磁率比软磁铁更高，磁控软磁铁施加的磁场会受到形状记忆合金丝的影响，导致磁场方向的变化，从而调节形状记忆合金丝的形状和力量。
2. 应用磁控形状记忆合金执行器的应用具有广泛的前景，可以应用于机械、电力、电子、医疗等领域。
以下是具体应用的几个方面：(1) 机器人机器人技术是近年来发展十分迅速的一门技术。
磁控形状记忆合金执行器具有迅速响应、高精度、小体积的特点，可应用于机器人关键部件的驱动与控制。
(2) 医疗器械磁控形状记忆合金执行器具有快速响应和无空气污染等特点，可应用于医疗器械的高精度控制中，例如精密手术器械、心脏起搏器等。
(3) 动力系统磁控形状记忆合金执行器可用于动力系统中，例如汽车、飞机等。
通过冷却和加热形状记忆合金来实现发动机的冷却和加热，从而增强机器工作的效率和稳定性。
(4) 电子技术磁控形状记忆合金执行器可应用于电子技术领域，例如可用于快速响应的机械开关、高精度的自动对焦装置等。
总之，磁控形状记忆合金执行器的应用十分广泛，具有不少的优势。
在未来的发展中，相信磁控形状记忆合金执行器会有更广阔的前景和更重要的地位。
CoNiAlMe磁控形状记忆合金的组织结构及性能研究的开题报告
CoNiAlMe磁控形状记忆合金的组织结构及性能研究的开题报告一、研究背景与意义形状记忆合金作为一种智能材料，具有可逆形变、记忆回复、耐压、耐磨、高温稳定等特点，在航空航天、石油化工、医疗器械等领域受到广泛应用。
近年来，以氢为质量的超轻材料也引起关注，而CoNiAlMe磁控形状记忆合金则是一种具有类似氢气轻量化的特征，因此在轻量化材料领域也具有广大的应用前景。
本研究旨在深入探究CoNiAlMe磁控形状记忆合金的组织结构及性能，为其性能优化提供理论依据，以便更好地应用于工程领域中。
二、研究内容1. 合金样品的制备按照一定比例，利用真空感应熔炼技术制备CoNiAlMe磁控形状记忆合金的母材。
2. 合金组织结构的分析采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射等技术分析合金的组织结构，阐述结构特点及变化规律。
3. 合金磁性的测试通过磁性测试，探究合金的磁性特点，编制合金的磁性图像。
4. 合金形状记忆性能的测试通过形状记忆性能测试，获取合金在不同温度、应力下的形状记忆性能，得出形状记忆曲线。
5. 合金性能测试结果的分析与对比通过对比分析各项测试结果，分析形状记忆合金的性能变化规律及其与合金组织结构的关系。
三、预期研究结果1. 深入了解CoNiAlMe磁控形状记忆合金的组织结构、磁性及形状记忆性能，为其性能优化提供理论依据。
2. 揭示合金的组织结构与性能之间的关系，为制备新型形状记忆合金提供指导。
3. 探寻该类形状记忆合金的应用前景，并为其在轻量化材料领域的应用发挥积极作用。
四、研究方法1. 感应熔炼制备CoNiAlMe磁控形状记忆合金的母材。
2. 采用扫描电镜、透射电镜、X射线衍射等技术对合金的组织结构进行分析。
3. 利用磁性测试仪对合金磁性进行测试。
4. 利用形状记忆测试系统对合金形状记忆性能进行测试。
5. 分析测试数据，得出结论。
五、研究难点及解决方案1. 合金组织结构分析难点：采用X射线衍射技术分析合金的组织结构，需要较高的分析技能。
智能材料的新秀——磁性形状记忆合金
智能材料的新秀——磁性形状记忆合金磁性形状记忆合金是近十多年发展起来的一类新型形状记忆合金。
这类合金同时具有热弹性马氏体相变和铁磁性转变，所以其形状记忆效应可以由磁场控制。
传统的温控形状记忆合金应变大但响应慢，现有的巨磁致伸缩、压电材料虽然响应快，但应变小。
相比之下，磁性形状记忆合金兼具应变大、响应快的综合优点。
此外，还具有磁热、磁阻等丰富的物理效应，因而被广泛认为是下一代智能材料的首选，有望在航空航天、机械电子、能源环境、信息存储、生物医学等高新技术领域得到重要应用。
磁性形状记忆合金具有以下三个重要特性。
一、丰富的磁-结构相变特征—马氏体相变与磁性转变。
磁性形状记忆合金的马氏体相变不仅具有与传统形状记忆合金相似的热、应变、电阻等效应，而且还伴随有磁性强弱的变化，甚至磁性类型的演变。
这使磁性形状记忆合金呈现出丰富的磁-结构相变特征。
如铁磁马氏体-顺磁奥氏体。
即马氏体相变时结构与磁性转变共同发生，由此可以实现磁场诱发马氏体相变，并获得磁热、磁应变等多种物理特性。
在Ni-Mn-Ga、Ni-Fe-Ga，Fe-Mn-Ga等合金系中均发现了这种情况。
另外，也可以发生铁磁马氏体-顺磁马氏体-铁磁奥氏体-顺磁奥氏体的相变方式，由此可以获得磁场诱发奥氏体相变及其伴随的磁控形状记忆效应、巨磁阻、大磁热等丰富的物理效应，在Ni-(Co)-Mn-In、Ni-(Co)-Mn-X(X=Sn，Sb，Ga，Al)，Ni-Cu-Mn-Ga，Ni-Fe-Mn-Ga等合金系中均发现了这一现象。
二、磁场诱发孪晶再取向。
磁场诱发孪晶再取向现象最早发现时磁致应变只有0.2%，但这已与巨磁致伸缩材料和压电材料的最大应变值相当，因而立刻引起广泛的关注。
目前人们已经在磁性形状记忆合金中获得了6%和9.5%的超大磁致应变。
磁性形状记忆合金的马氏体相具有强磁晶各向异性，易磁化方向严格平行于马氏体晶格的某一个晶向轴或晶面。
当施加外磁场时，为降低磁晶各向异性能，孪晶界将以切变方式使择优变体的体积分数不断增加，从而实现孪晶再取向。
磁控形状记忆合金振动发电机原理及建模方法研究_张庆新
N 为感应线圈匝数， S 为感 有效磁化强度M3 偏转角， 应线圈横截面积。
[
]
（ 3）
30 期
张庆新， 等： 磁控形状记忆合金振动发电机原理及建模方法研究
sat 2 μ0 （ M ） H ρk2 sat
35
不同的振动力强度下 MSMA 合金所能达到的 r， max 不同， 轴向最大线应变不同， 即ε 当温度、 磁场一 ［13 ］ 得到外加振 定时， 利用如图 3 所示的实验装置 ， 动力与变形之间的关系曲线如图 4 ， 在恒定磁场 H 为 477 kA / m 时， 对 MSMA 合金施加振动力增大到 ， 一定程度 合金的应变基本不再变化， 达到稳定， 当 6 MSMA 合金产生最大的 施加振动力为 2 × 10 Pa 时， 线应变为 4% 左右。
M y = ξM sat + （ 1 － ξ）
（ 6）
M 为最 式（ 5 ） 、 式（ 6 ） 中， ξ 为变体 2 的体积分数， H 为施加的磁场强 大磁化强度， μ0 为真空磁导率， 度， ρk2 为磁晶各向异性。 磁场垂直穿过合金， 对合金施加沿 y 轴的磁场， ［13 ］ 即合金的磁化 此时合金几乎可获得最大的形变 ， 强度 M = M y 。
随着人们对能源节约和环境保护越来越多的关 注， 收集周围环境中普遍存在的振动能量 ， 将机械振 动能转换为电能已成为广大科技人员研究中的一大 热点。振动发电就是利用电磁感应、 压电技术、 智能 材料等方式， 将外部的机械振动能量通过一定装置 ， 转换成电能 实现机械振动能量和电能的转换。 目 前， 振动能量收集技术主要包括电磁式和采用智能 材料收集两种。 其中电磁式由线圈和永磁体构成， 体积较大， 结构复杂， 产生感生电动势较小， 输出电 压较低， 难于驱动外围电路。 利用智能材料收集能 量主要 以 压 电 材 料 （ PZT ） 、 超 磁 致 伸 缩 材 料 （ TerfenolD） 为主。 近年来， 将智能材料应用于振动发 电机 系 统 的 研 究 国 内 外 已 有 相 关 报 道， 如 Danil ［1 ］ Guyomar 等人研究的压电振动发电装置 ， 通过采 集环境中任意形式的振动能量为传感器供电 ， 实现 了能量自给的振动半主动控制， 并能对材料结构进 行健康检测。Farm Xia 等人研制的微压电发电机通 过采集水管的振动机械能为传感器供电 ， 实现对环 ［2 ］ 境温度的监测 。 F. T. Calkins 等进行了超磁致伸 缩发电机的实验， 将超磁致伸缩换能器当作发电机 结果得到了振动力对感应电压的影响关 使 用，
两轴向磁场时磁控形状记忆合金的本构模型
两轴向磁场时磁控形状记忆合金的本构模型随着科技的不断进步，磁控形状记忆合金作为一种新型材料，已经被广泛应用于机械、电子、航空等领域。
在实际应用中，磁控形状记忆合金的性能研究和模型建立是非常重要的。
本文将介绍一种针对两轴向磁场时磁控形状记忆合金的本构模型。
一、磁控形状记忆合金的基本特性磁控形状记忆合金是一种由金属、合金等材料制成的智能材料，其最大特点是可以通过磁场对其形状进行控制。
其主要应用领域包括机械、电子、航空等。
磁控形状记忆合金具有以下基本特性：1.形状记忆效应磁控形状记忆合金可以通过磁场控制其形状，具有形状记忆效应。
当磁场作用于磁控形状记忆合金时，其形状可以发生变化，当磁场消失时，其形状可以恢复到原来的状态。
2.磁致伸缩效应磁控形状记忆合金还具有磁致伸缩效应。
当磁场作用于磁控形状记忆合金时，其长度可以发生变化。
3.磁阻抗效应磁控形状记忆合金还具有磁阻抗效应。
当磁场作用于磁控形状记忆合金时，其电阻可以发生变化。
二、两轴向磁场时磁控形状记忆合金的本构模型磁控形状记忆合金的本构模型是描述其力学行为的数学模型。
针对两轴向磁场时磁控形状记忆合金，可以建立以下本构模型：1.应力张量在两轴向磁场时，磁控形状记忆合金的应力张量可以表示为：σ = (σ11, σ22, σ33, σ12, σ13, σ23)其中，σ11、σ22、σ33分别表示磁控形状记忆合金在x、y、z三个方向的正应力，σ12、σ13、σ23分别表示磁控形状记忆合金在xy、xz、yz三个方向的剪应力。
2.应变张量在两轴向磁场时，磁控形状记忆合金的应变张量可以表示为：ε = (ε11, ε22, ε33, ε12, ε13, ε23)其中，ε11、ε22、ε33分别表示磁控形状记忆合金在x、y、z三个方向的正应变，ε12、ε13、ε23分别表示磁控形状记忆合金在xy、xz、yz三个方向的剪应变。
3.磁场张量在两轴向磁场时，磁控形状记忆合金的磁场张量可以表示为： H = (H1, H2, H3)其中，H1、H2、H3分别表示磁控形状记忆合金在x、y、z三个方向的磁场。
磁控形状记忆合金作动器设计及其控制效果
ＷＥＮＧ ａ －ｙｕ ｎ １ ＷＡＮＧ ｈ － ａ ｇ Ｇｕ ｎ ｇ ａ ２ ， ７ Ｓ ｅｌ ｎ ｉ
（ ． ｏｌｇ ｆ ｉｉＥ ｇｎ ｅｉｇ Ｘｉ ｎｖ ｒｉ ｆ ｏ ｓ ｕ ｔ ｎＳ ｉｎ ｅ ｎ ｅｈ ｏｏ ｙ １Ｃ ｌ ｅ ｖｌ ｎ ｉｅｒ ， Ｕ ｉｅｓ ｙｏ ｎｔ ｃｉ ｃ ｃ ｄ ｃｎ ｌｇ ， ｅ ｏＣ ｎ ｎ ａ ｔ Ｃ ｒ ｏ ｅ ａ Ｔ
Ｘｉ ｎ ７ ０ ５ ．Ｃｈｎ ； １０ ５ ｒ ａ ｉａ
２ Ｄｅ ａ ｔ ｆ ｇ ｗａ ｎ ｉｅｒ ｇ ｈ ｎ ｉ ｒｆ ｃ ｏ ａ ｏ ａ Ｓ ｈ ｏ，Ｘ １０ ８ ｈｎ ） ． ｐ ｔ Ｈｉｈ ｙＥ ｇｎ ｅｉ ，Ｓ ａ ｘ ａ ｃｔ ｎ ｌ ｃ ｏ ｌ ｉ ｎ ７ ０ １，Ｃ ｉａ ｍｅ ｏ ｎ Ｔ ｉ Ｖ ｉ ａ
ｅ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｓｒ ｃ ｕ ｅ Ｓ ｖ ｂ ａｉ ｎ ｃ ｎ ｏ ， ｅ ｍｅ ｈ ｎ ｃ ｌｐ ｏ ｅ ｔ ｓ ｏ Ｓ Ａ ｒ ｔ ｄ ｅ ，ａ ｄ ｔ ｅ ｏ ｔ ｕ ｆｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｉａ ｒ ｐ ｒ ｅ ｆＭ Ｍ ｎ ｒ ｈ ｉ ａ ｅ ｓｕ ｉｄ ｎ ｈ ｕ ｐ ｔｏ ｏ ｔｏ ｈ
摘 要： 为探索磁控形状记忆 合金（ ＭＡ） 作为一种在振动控制领 域中可推荐的新型智 能驱动材 料， ＭＳ 可 在对 其力
学性 能的研究 中， 出其输 出控制 力的变化规律 ， 给 继后 白 研制 ＭＳ Ａ作动器 ， 行 Ｍ 确定 ＭＳ ＭＡ材料 的外形尺 寸、 变形恢
磁控形状记忆合金磁力性能及作动器原理
磁控形状记忆合金磁力性能及作动器原理作者：翁光远来源：《中国建筑科学》2014年第03期摘要：磁控形状记忆合金（Magnetic Shape Memory Alloy）在磁场作用下所表现出的低能量诱发相变、大恢复应变、大输出应力、高响应频率和可精确控制的特性，使之有可能成为土木工程结构振动控制理想的驱动与传感材料。
针对这一问题，论文通过描述MSMA材料的变形机制，以及磁场、应变、应力之间的函数关系，分析了磁控形状记忆合金在工程结构振动控制应用中需要解决的问题，提出了磁控形状记忆合金在工程结构振动控制领域中应用前景。
关键词：磁控形状记忆合金；磁力性能；振动控制；本构关系1.MSMA变形机理磁控形状记忆合金既有传统记忆合金特有的热弹性马氏体相变，也有铁磁相和顺磁相之间的居里转变。
磁控形状记忆合金的磁致应变可以通过两种方法获得[1]，一种是由磁场诱发从母相到马氏体的相变（类似于应力诱发马氏体相变），这种情况一般需要非常大的磁场，例如需要1.29T的磁场才能诱发合金的马氏体相变；另外一种是铁磁控马氏体在磁场作用下的孪晶变体再取向（类似于应力促使马氏体孪晶再取向，与传统的磁致伸缩机制无关），这种情况需要的磁场比前者小得多，而且可以得到较大的应变量，例如在300K时，诱发Ni48.8Mn29.7Ga21.5合金马氏体变体再取向得到9.5%的磁致应变，只需0.13T的磁场。
所以有关铁磁形状记忆合金的研究大多采用第二种机制，可以利用较小的磁场获得较大的应变。
在高对称性母相中，马氏体成核所产生的应变主要是通过滑移或者变形孪晶变体界面的移动来消除（可以大大降低马氏体与周围区域的应变能）。
在有序合金中，与滑移变形相比，孪晶界面的移动不需破坏原子键，需要的能量较低，因此，孪晶界面的移动要比滑移更容易发生。
孪晶界面移动实现的孪晶变体的择优取向将产生较大的宏观应变。
磁控形状记忆效应的必要条件是马氏体的各向异性能大于孪晶界移动所需的能量，而且易磁化方向在孪晶界两边不同，在这种情况下施加磁场将在孪晶界两边产生Zeemna能的差异，这个能量差异对孪晶界施加压力，因而易磁化方向与外磁场方向相同的孪晶单变体将长大，磁场诱发孪晶界移动的结果是产生一个大的应变，这效应完全发生在磁控形状记忆合金的马氏体。
形状记忆合金
形状记忆合金的应用前景
SMA今后的发展趋势
充分发掘、改进和完善现有SMA的性能;
研究开发新的具有形状记忆效应的合金材料; SMA薄膜的研究与应用；
SMA智能复合材料的研究与开发；
高温SMA的开发； SMA将逐步迈向商品化。
总的来说，SMA 作为一种新型功能材料，具有其 它材料很难取代的独特优点，应用前景十分广阔，但 同时也存在着挑战。今后，随着SMA 基础理论研究的 日趋成熟和应用开发力度的不断加大，必将不断开拓 出新的应用领域。
马氏体相下的膨胀套管
升温
奥氏体相下的紧缩套管
形状记忆合金在生活中的应用
温度调节装置
SMA热驱动器基本工作原理就是一个在特定温度或特定温度 范围内的“开~关”运动。SMA弹簧跟可调偏压弹簧相对，二者 均直接接触冷热水混合流。水温太高时SMA弹簧向右推动活塞， 限制热水流，降低混合水的水温。水温太低时发生相反的运动。 送出的水温用改变偏压弹簧缩量的温度控制旋钮调节。
>Af
形状记忆合金记忆原理
形状记忆效应可分为三类
单程记忆效应：在马氏体状态下受力变形，加热时恢复高 温相形状，冷却时不恢复低温相形状。 双程记忆效应：加热时恢复高温形状，冷却时恢复低温形 状，即通过温度升降自发地可逆地反复恢复高低温的形状。 全程记忆效应：加热时恢复高温相形状，冷却时变为形状 相同而取向相反的高温相形状。这是一种特殊的双程记忆 效应。
形状记忆合金演示实验
材料在一定的温度下会恢复一定的形状 仿佛记住了温度所赋予的形状一样
形状记忆有不同的 “相”， 就能演出一幕幕“相”变戏，即改变 外界条件如温度 , 使材料由一种晶体结构变成另 一种晶体结构，材料的力学性能和物理或化学性 能也就随之改变，当温度恢复时材料的晶体结构 也恢复到原来的状态，性质也随之复原。
形状记忆合金微执行器的高精度驱动控制
形状记忆合金微执行器的高精度驱动控制形状记忆合金微执行器是一种具有形状记忆效应的新型微表面加工技术和微力学力传感器技术相结合的高精度微操作装置。
它具有运动精密、响应速度快、功耗低等优点，并被广泛应用于精密机械制造、光学器件调整、微电子系统等领域。
本文将介绍形状记忆合金微执行器的驱动控制技术。
形状记忆合金微执行器的基本原理是利用形状记忆合金材料在相变过程中的体积变化，实现微执行器的位移、力量控制。
该材料的相变温度及形变大小与合金的成分和调质工艺有关。
在形变过程中，形状记忆合金微执行器具有表观弹性模量和强度，能够承受较大的载荷，具有良好的稳定性和可靠性。
形状记忆合金微执行器的驱动控制技术包括机械、电磁、热力等多种方式。
其中，电磁驱动是最常用的方式，主要包括电磁激励和磁控溅射技术。
电磁激励驱动技术是利用交变电流在线圈中产生的磁场作用于形状记忆合金杆的质量，使其产生振荡，从而实现微执行器的运动。
该技术具有控制精度高、驱动力大、响应速度快等优点，但由于电磁感应与其他电磁干扰易发生，在工作过程中需要进行恰当的屏蔽和抑制。
磁控溅射技术是将形状记忆合金微执行器置于磁场中，经过蒸发沉积等特殊工艺制作成薄膜，并通过外加电压控制膜厚度的变化来实现微执行器的控制。
该技术具有制造成本低、驱动力小、响应速度快、尺寸小等优点。
但由于操作复杂、工艺控制难度大，在生产过程中需要运用仪器仔细检测和控制。
在驱动控制方面，一种流行的方式是采用PID（比例、积分、微分）控制系统。
PID控制技术是通过对执行器输出信号与目标信号的误差进行测量，通过比例、积分、微分的计算，生成合适的控制信号，控制执行器运动。
PID控制系统可实现良好的控制精度和稳定性，是常用的驱动控制方式。
总之，形状记忆合金微执行器的驱动控制技术是一个具有挑战性和重要性的研究领域。
未来，随着科技的不断发展，控制技术将得到进一步改善和提升，形状记忆合金微执行器将在更广泛的领域得到应用。
记忆合金发动机原理
记忆合金发动机原理
嘿，朋友们！今天咱们来聊聊记忆合金发动机原理。
你可以把记忆合金想象成一个很有个性的“变形金刚”。
记忆合金啊，它有个神奇的特点，就是能记住自己原来的形状。
就好像你有个特别喜欢的玩具摆法，不管它被怎么弄乱了，最后还是能回到那个摆法。
在发动机里呢，利用记忆合金的这种特性。
当给它加热的时候，它就会“变形”，产生动作，就像一个小机器人开始活动起来啦。
然后通过这个变形的过程，就能转化为机械能，推动发动机运转。
比如说，就像你早上被闹钟叫醒后伸懒腰一样，记忆合金受热后也会“伸个懒腰”，这一“伸”可就产生能量啦。
是不是很神奇呀？记忆合金发动机就是利用了它的这个有趣特性，让科技变得更加奇妙和有趣呢！好啦，这就是记忆合金发动机原理的简单解释，希望你们喜欢这个有趣的小知识哟！。
磁性形状记忆合金
二、文献综述1.磁性形状记忆合金磁性形状记忆合金是既受温度控制的热弹性记忆效应，同时也具有受磁场控制的磁性形状记忆效应。
磁性形状记忆合金具有很多优良的性能，如：高响应频率、大输出应力，磁致伸缩应变大等1，所以是一种理想的驱动和传感材料。
3. Heusler合金及其结构Heusler合金是在研究MSMA中研究最多的一种合金，也是现在备受关注的一类功能材料，具有独特的磁性、半金属性、磁性形状记忆效应，有着广泛的应用前景。
Heusler合金是1903年，德国人F.Heusler第一次报道两种金属间化合物的磁性，这两种化合物是Cu2MnAl 和Cu2MnSn。
随后，英国人P. Webster 发表了一篇关于高有序度合金(Heusler 合金)的文章10Heusler合金是一种金属间化合物，通常具有L21性结构，化学分子式为X2YZ，Z则是周期表右边B类IV族，及其两边的III 族和V族的元素。
X、Y 可以是元素周期表中钪、钛、矾、铬、锰、铁、钴、镍、铜等3d 元素以及排列在它们所在列中下面的扩展的过渡族元素，共有约30个。
Heusler 合金可以看成由四个面心立方结构的亚晶格沿对角线四分之一相互交叉而成。
X 和Y原子占据（A，C）以及B位，Z原子占据D位。
其中ABCD的坐标分别为A (0, 0, 0), B ( 1/4,1/41/4 , ), C ( 1/2,1/2 1/2, ) 和D (3/4 3/4,3/4 , )图1.Heusler 合金晶体结构示意图1.2 Heusler合金的结构和开发潜力Heusler型合金是一种高度有序的金属间化合物，具有立方L21结构，空间群为Fm3m，一般化学分子式为X2YZ。
所谓高度有序的结构，是指多种原子（本工作是三种或四种）按照一定的晶格点阵，各自占据自己的特有位置所形成的高化学有序结构。
在冶金学上，Heusler合金属于β相合金，严格的结构特点如图1.1(a)所示。
形状记忆合金的原理及应用
形状记忆合金的原理及应用1. 介绍形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属合金材料，它可以在特定温度下产生可逆形状变化。
形状记忆合金的独特性能使其得到了广泛的应用，包括医疗、航空航天、汽车等领域。
本文将介绍形状记忆合金的原理及其常见的应用。
2. 原理形状记忆合金的主要原理是材料中的固态相变。
当形状记忆合金处于高温状态时，分子结构会发生改变，形成一种称为奥氏体的相。
当材料被快速冷却到低温状态时，奥氏体相会转变成一种称为马氏体的相。
马氏体相具有特殊的形状记忆性能，可以在受到外界刺激时恢复到其初始的形状。
3. 形状记忆合金的应用3.1 医疗领域形状记忆合金在医疗领域有着广泛的应用。
其中，最典型的应用之一是支架植入术中的应用。
形状记忆合金支架可以在导入体内后自动展开到预定位置，从而保持动脉通畅，治疗狭窄或闭塞的血管。
此外，形状记忆合金还可以制作成人工关节、矫正器等医疗器械。
3.2 航空航天领域形状记忆合金在航空航天领域也得到了广泛的应用。
其中一项重要的应用是利用形状记忆合金制作飞机机翼的自适应变形结构。
通过调节形状记忆合金材料的温度，可以实现飞机机翼的形状变化，从而改变飞行性能。
这种自适应变形结构可以提高飞机的机动性和控制性能。
3.3 汽车领域在汽车领域，形状记忆合金主要应用于发动机和刹车系统。
形状记忆合金可以制作成具有恢复性能的活塞环、发电机线圈和刹车片等部件。
这些部件可以在高温和高压环境下正常工作，并具有较长的使用寿命。
形状记忆合金的应用可以提高汽车发动机和刹车系统的性能和可靠性。
3.4 其他领域除了上述应用外，形状记忆合金还在其他领域展示了广泛的应用前景。
例如，形状记忆合金可以应用于智能墙壁和智能窗户等智能建筑材料中，实现自动调节温度和光照。
此外，形状记忆合金还可以用于制作柔性显示屏、智能传感器等电子器件。
4. 结论形状记忆合金是一种具有特殊性能的金属合金材料，其原理是基于固态相变。
形状记忆合金在医疗、航空航天、汽车等领域都有广泛的应用。
形状记忆合金
形状记忆合金的驱动性能形状记忆合金材料兼有传感和驱动的双重功能，是一种智能结构中技术成熟性很高的功能材料，可以实现机械结构的微型化和智能化。
形状记忆效应(SME)即某种材料在高温定形后，冷却到低温(或室温)，并施加变形，使它存在残余变形[1,2]。
当温加热超过材料的相变点，残余变形即可消失，恢复到高温时的固有形状，如同记住了高温下的状态。
SMA及其驱动控制系统具有许多的优点，如高功率重量比，适于微型化；集传感、控制、换能、致动于一身，结构简单，易于控制；对环境适应能力强，不受温度以外的其他因素影响等，有着传统驱动器不可比拟的性能优点。
1 形状记忆合金的驱动原理形状记忆合金的特点主要有：形状记忆效应(Shape Memory Effect，缩写为SME)相变超性性能(Super Elasticity)，弹性模量随温度变化特性和阻尼特性。
其中起驱动作用的主要是形状记忆效应和弹性模量随温度变化特性。
形状记忆效应是指SMA具有的记忆并回复至它在奥氏体状态下的形状的能力。
如果在低温马氏体状态下拉伸SMA并留下较大的塑性变形，那么将SMA 加热至一定温度后，马氏体就会转为奥氏体，SMA将回复到它刚刚开始时的形状，随后再进行冷却或加热，合金形状都将保持不变。
上述过程可以周而复始，称为单程形状记忆。
此外还有双群形状记忆合金和全方位记忆合金。
这种回复应力可用作结构控制时的驱动力，也可以用来直接控制结构的刚度。
弹性模量随温度变化特性是指，奥氏体SMA在高温下它的弹性模量是低温下马氏体SMA的弹性模量的3倍以上[7]。
这种特性主要可以用米改变的固有频率，从而避免共振。
2 形状记忆合金驱动器件在结构智能控制中，高性能驱动器件是实现控制的基础。
利用形状记忆合金在加热变形时其回复力可以对外做功的特点，能够做成各种形式的驱动器。
这类驱动机构结构简单，灵敏度高，可靠性好，能够满足智能控制的要求。
记忆合金驱动器的驱动力源于合金内部的固态相交，因而易于结构设计，可以在拉伸、压缩、扭转状态下操作。
形状记忆合金驱动工作原理
形状记忆合金驱动工作原理
形状记忆合金（Shape Memory Alloy，SMA）是一种特殊的金
属合金，具有记忆形状的特性。
其工作原理基于材料的相变行为和微观结构变化。
形状记忆合金通常包含一种称为马氏体的相和一种称为奥氏体的相。
在低温下，形状记忆合金处于马氏体相，具有较低的弹性模量，使其能够被塑性变形。
当温度升高到一个临界温度（称为相变温度）以上时，形状记忆合金会发生相变，转变为奥氏体相，并且恢复其原始的形状。
这种相变过程是通过热激活来实现的，通常使用电阻加热或通过外部温度变化来触发。
当形状记忆合金被加热到相变温度时，其内部的晶体结构会发生重排，从而改变材料的形状。
在冷却时，形状记忆合金会保持其变形状态，直到再次被加热到相变温度，才能恢复原始的形状。
形状记忆合金常用于各种应用中，例如医疗器械、航空航天、汽车等领域。
它的工作原理简单而有效，使其成为一种具有广泛应用前景的材料。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
磁控形状记忆合金磁力性能及作动器原理
磁控形状记忆合金（Magnetic Shape Memory Alloy）在磁场作用下所表现出的低能量诱发相变、大恢复应变、大输出应力、高响应频率和可精确控制的特性，使之有可能成为土木工程结构振动控制理想的驱动与传感材料。
针对这一问题，论文通过描述MSMA材料的变形机制，以及磁场、应变、应力之间的函数关系，分析了磁控形状记忆合金在工程结构振动控制应用中需要解决的问题，提出了磁控形状记忆合金在工程结构振动控制领域中应用前景。
标签：磁控形状记忆合金；磁力性能；振动控制；本构关系
1.MSMA变形机理
磁控形状记忆合金既有传统记忆合金特有的热弹性马氏体相变，也有铁磁相和顺磁相之间的居里转变。
磁控形状记忆合金的磁致应变可以通过两种方法获得[1]，一种是由磁场诱发从母相到马氏体的相变（类似于应力诱发马氏体相变），这种情况一般需要非常大的磁场，例如需要1.29T的磁场才能诱发合金的马氏体相变；另外一种是铁磁控马氏体在磁场作用下的孪晶变体再取向（类似于应力促使马氏体孪晶再取向，与传统的磁致伸缩机制无关），这种情况需要的磁场比前者小得多，而且可以得到较大的应变量，例如在300K时，诱发Ni48.8Mn29.7Ga21.5合金马氏体变体再取向得到9.5%的磁致应变，只需0.13T 的磁场。
所以有关铁磁形状记忆合金的研究大多采用第二种机制，可以利用较小的磁场获得较大的应变。
在高对称性母相中，马氏体成核所产生的应变主要是通过滑移或者变形孪晶变体界面的移动来消除（可以大大降低马氏体与周围区域的应变能）。
在有序合金中，与滑移变形相比，孪晶界面的移动不需破坏原子键，需要的能量较低，因此，孪晶界面的移动要比滑移更容易发生。
孪晶界面移动实现的孪晶变体的择优取向将产生较大的宏观应变。
磁控形状记忆效应的必要条件是马氏体的各向异性能大于孪晶界移动所需的能量，而且易磁化方向在孪晶界两边不同，在这种情况下施加磁场将在孪晶界两边产生Zeemna能的
差异，这个能量差异对孪晶界施加压力，因
而易磁化方向与外磁场方向相同的孪晶单变体将长大，磁场诱发孪晶界移动的结果是产生一个大的应变，这效应完全发生在磁控形状记忆合金的马氏体。
磁控形状记忆合金的形状记忆效应不是通过温度的改变而是通过磁场变换达到的，也就是说，在磁场作用下发生磁诱发相变，这个动作是瞬时进行的。
所以，磁控形状记忆合金不仅具有普通形状记忆合金应变、应力大的优点，而且具有反应迅速、响应频率高的优点，可以应用于各种混合系统、定位系统、减震器、
力/位移传感器、功率发生器等很多场合。