مدل‌سازی تجربی اتلاف ناشی از پسماند مغناطیسی ترفنل-دی در مقادیر مختلف فرکانس و پیش تنش مکانیکی

طالبیان, سهیل

doi:10.52547/masm.1.1.15

مدل‌سازی تجربی اتلاف ناشی از پسماند مغناطیسی ترفنل-دی در مقادیر مختلف فرکانس و پیش تنش مکانیکی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

سهیل طالبیان

استادیار، گروه مهندسی مکانیک، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

https://doi.org/10.52547/masm.1.1.15

چکیده

یکی از محدودیت‌های مهم استفاده از ترفنل-دی در محرکه‌ها و حسگر‌ها، اتلاف ناشی از پسماند مغناطیسی آن است که منجر به کاهش بازده مکانیکی در محرکه‌ها و کاهش دقت و کوچکتر شدن محدوده اندازه گیری خطی در حسگر‌ها می‌شود. در مقاله حاضر، افت توان ناشی از پسماند مغناطیسی در ترفنل-دی و عوامل موثر بر آن مورد مطالعه و مدلسازی تجربی قرار گرفته است. با استفاده از یک مجموعه آزمایشگاهی ابتکاری، رفتار مغناطیسی ترفنل-دی شامل منحنی‌های پسماند آن در چرخه‌های بزرگ و کوچک و در مقادیر مختلف فرکانس، شدت میدان مغناطیسی و پیش‌تنش مکانیکی به دست آورده شده است. از منحنی‌های پسماند به دست آمده به عنوان اطلاعات ورودی در رابطه تحلیلی افت توان ناشی از پسماند استفاده شده است. نتایج نشان دهنده آن است که افت توان ناشی از پسماند با افزایش فرکانس میدان مغناطیسی، افزایش مقدار ماکزیمم شدت میدان مغناطیسی در هر چرخه پسماند و کاهش پیش‌تنش مکانیکی، افزایش می‌یابد. سپس یک مدل تجربی مبتنی بر پارامترهای توانی با در نظر گرفتن سه عامل فرکانس، شدت میدان مغناطیسی و پیش‌تنش مکانیکی به منظور پیش بینی افت توان ناشی از پسماند مغناطیسی ارایه شده است، که اعتبار سنجی این مدل در شرایط متفاوت و جدید، نشان دهنده دقت قابل قبول آن می‌باشد. مزیت اصلی مدل تجربی ارایه شده نسبت به مدل تحلیلی این است که تنها با تعیین پارامترهای مربوط به شرایط کاری ترفنل-دی، امکان پیش بینی افت توان فراهم می‌گردد و به منحنی‌های پسماند مغناطیسی ترفنل-دی به عنوان ورودی مدل نیاز ندارد.

کلیدواژه‌ها

ترفنل-دی

اتلاف ناشی از پسماند مغناطیسی

چرخه های پسماند مغناطیسی

20.1001.1.27834220.1400.1.1.2.0

عنوان مقاله English

Experimental Modeling of Magnetic Hysteresis Power Loss of Terfenol-D at Different Values of Frequency and Mechanical Pre-Stress

نویسنده English

Soheil Talebian

Ddepartment of Mechanical Engineering, Razi University, Kermanshah. Iran

چکیده English

One of the major limitations of using Terfenol-D in actuators and sensors is its magnetic hysteresis power loss which leads to reduction of mechanical power loss, precision and linear measuring range in actuators and sensors, respectively. In this paper, magnetic hysteresis power loss of Terfenol-D and its affecting parameters are studied and modeled experimentally. To this end a fabricated experimental setup is used to obtain magnetic behavior of Terfenol-D consisting of major and minor hysteresis loops at different values of frequency, magnetic field intensity and mechanical pre-stress. Data of these loops are used as an input to analytical equation of magnetic hysteresis loss. The results show that the magnetic hysteresis loss increases with increasing in frequency and peak value of magnetic field intensity and decreasing in mechanical pre-stress. Then, an explicit model based on power relations for frequency, peak value of magnetic field intensity and mechanical pre-stress is presented to predict magnetic hysteresis power loss. This model is validated under new different conditions and the results show very good agreement with analytical model. The main advantage of the explicit model is that it does not need hysteresis loops as input data and it can predict the magnetic hysteresis power loss only by determining the values of conditional parameters.

کلیدواژه‌ها English

Terfenol-D

Magnetic Hysteresis Loss

Magnetic Hysteresis Loops

[1] Bhattacharya B. Terfenol and Galfenols: Smart magnetostrictive metals for intelligent transduction. Dir Mag (Indian Inst od Technol Kanpur). 2005;7:35-40.
[2] Goodfriend M J, Shoop K M. Adaptive characteristics of the magnetostrictive alloy, Terfenol-D, for active vibration control. Journal of intelligent material systems and structures. 1992;3:245-254.
[3] Karunanidhi S, Singaperumal M. Design, analysis and simulation of magnetostrictive actuator and its application to high dynamic servo valve. Sensors and Actuators A: Physical. 2010;157:185-197.
[4] Ghodsi M, Hosseinzadeh N, Özer A, Dizaj H R, Hojjat Y, Varzeghani N G, Sheykholeslami M R, Talebian S, Ghodsi M H, Al-Yahmadi A. Development of gasoline direct injector using giant magnetostrictive materials. IEEE Transactions on Industry Applications. 2016;53:521-529.
[5] Kellogg R A, Flatau A B. Blocked force investigation of a Terfenol-D transducer. In 1999 Symposium on Smart Structures and Materials. 1999;3668;184-195.
[6] Bertotti G. General properties of power losses in soft ferromagnetic materials. IEEE Transactions on magnetics. 1988;24:621-630.
[7] He Y L, Wang G C. Observation of dynamic scaling of magnetic hysteresis in ultrathin ferromagnetic Fe/Au (001) films. Physical review letters. 1993;70:2336-2339.
[8] Jiang Q, Yang H N, Wang G C. Scaling and dynamics of low-frequency hysteresis loops in ultrathin Co films on a Cu (001) surface. Physical Review B. 1995;52:14911.
[9] Suen J-S, Erskine J L. Magnetic hysteresis dynamics: thin p (1× 1) Fe films on flat and stepped W (110). Physical review letters. 1997;78:3567.
[10] Fan Z, Jinxiu Z, Xiao L. Scaling of hysteresis in the Ising model and cell-dynamical systems in a linearly varying external field. Physical Review E. 1995;52:1399.
[11] Acharyya M, Chakrabarti B K. Monte Carlo study of hysteretic response and relaxation in Ising models. Physica A: Statistical Mechanics and its Applications. 1993;192:471-485.
[12] Luse C N, Zangwill A. Discontinuous scaling of hysteresis losses. Physical Review E. 1994;50:224.
[13] Zhong F, Zhang J X, Siu G G. Dynamic scaling of hysteresis in a linearly driven system. Journal of Physics: Condensed Matter. 1994;6:7785.
[14] Pluta W A. Some properties of factors of specific total loss components in electrical steel. IEEE Transactions on magnetics. 2010;46:322-325.
[15] Chen Y, Pillay P. An improved formula for lamination core loss calculations in machines operating with high frequency and high flux density excitation. In 37th IAS Annual Meeting (Cat No02CH37344).2002;2;759-766.
[16] Yamamoto K-i, Nakano H, Yamashiro Y. Effect of compressive stress on hysteresis loss of Terfenol-D.Journal of magnetism and magnetic materials. 2003;254:222-224.
[17] Zeng J, Zeng H, Bai B, Yan M. Calculation of hysteresis losses for Terfenol-D ultrasonic transducer. In Second International Conference on Smart Materials and Nanotechnology in Engineering.2009;7493;749369.
[18] Huang W, Gao C, Li Y, Wang B. Experimental and calculating analysis of high-frequency magnetic energy losses for Terfenol-D magnetostrictive material. IEEE Transactions on magnetics. 2018;54:1-4.
[19] Bozorth R M. Ferromagnetism. 1993.