悬臂铁磁板在横向磁场中磁弹性失稳的实验研究及数值模拟

2018-08-23李志刚树学锋

天工 2018年3期

文刘勇李志刚树学锋

电磁固体力学在能源、交通、国防等重要领域有着广泛的应用。有关铁磁介质结构磁弹性相互作用的实验结果之一是铁磁材料的悬臂板在均匀横向磁场中的磁弹性失稳。Moon和Pao 对均匀横向磁场中铁磁悬臂板的失稳进行了实验研究，在磁体的力偶模型下，不考虑约束端的磁场效应的情况下，对预测磁弹性失稳临界磁场的解析式进行了导出，长度与厚度对比不大时二者定量相差较大。Miya等人补充了长厚比不太大时的磁弹性悬臂板的实验，计算采用了有限元法，但并没有使这一差别完全消除。Pao-Yeh使用公理化方法，引入一个预先Maxwell应力张量，考虑非线性变形及非线性耦合条件导出了作用在铁磁体上的磁体力与边界上磁力的弹性力学模型，导出了与Moon-Pao理论相同的预测结果。Eringen 和Maugin 采用其他的Maxwell应力张量推出不同于Pao-Yeh模型的弹性力学模型。现有理论所参考的实验数据为Moon和Pao的实验数据。

本文对悬臂铁磁板在横向均匀磁场中的失稳做了实验研究和数值模拟工作。设计加工了棱柱电磁铁作为均匀磁场的产生装置，对A3钢制成的不同长度、宽度、厚度的悬臂薄板进行了横向磁场中磁弹性失稳的实验研究。测得了薄板随外加磁场变化的实验数据，得到了板失稳的临界磁感应强度值。利用FEMLAB软件，分别对磁偶极子理论的磁体力模型、Pao-Yeh公理化模型悬臂铁磁板失稳现象进行了数值模拟。