王福吉， 刘 巍， 贾振元， 刘慧芳， 赵显嵩

（大连理工大学精密与特种加工教育部重点实验室，辽宁大连 116024）

0 引 言

超磁致伸缩薄膜（GMF）是一种新型的功能材料，具有能量密度高、响应速度快和可实现无缆驱动等优点，在MEMS系统微执行器、传感器以及其他功能元件中有着很好的应用前景.国内外科学家针对GMF进行了大量的研究工作，在其变形机理、有限元仿真和微执行器、传感器设计上取得了很多成果［1～6］.

然而，目前仍然缺乏针对GMF的静力学特性和动力学特性的分析研究，而对GMF的静、动力学特性的准确分析是GMF微器件精确控制的基础，所以，薄膜的静、动力学特性研究对其进一步的应用研究有着非常重要的意义.

因此，本文选取福州大学采用磁控溅射方法制备的正负复合GMF悬臂梁作为研究对象，通过对其变形进行合理的简化建立简单实用的理论模型，继而对以铜、聚酰亚胺为基片的两种GMF悬臂梁进行静力学特性实验研究，以期为进一步研制开发GMF微型器件，推广GMF微型器件在工程中的应用奠定基础.

1 薄膜悬臂梁静力学分析

1.1 弹性刚度的求解

如图1所示，本文研究的GMF悬臂梁为双层悬臂梁，即在基片上下表面均溅射磁致伸缩材料.其中，基片上表面溅射正磁致伸缩材料（Tb0.27Dy0.73）43Fe57，下表面溅射负磁致伸缩材料Sm1.9Fe2.这种正负复合薄膜悬臂梁较单层GMF悬臂梁具有更大的磁致伸缩力，可使悬臂梁结构产生更大的弯曲变形.GMF悬臂梁由不导磁的塑料夹具固定在驱动磁场……