使用COMSOLMultiphysics®建模磁截图

如果您曾经站在变压器旁边，您可能会听到它的嗡嗡声，并想知道是否有蜜蜂附近。当您下次听到听起来时，您可以放心，它不是蜜蜂，而是变压器核心的磁截图，这会使嗡嗡声发出。

什么是磁截面？

磁截图是一种效果，在暴露于磁场时会导致所有磁性材料的形状变化。例如，一块铁的拉长为0.002％，镍会收缩0.007％。由于这种现象在声纳设计中的应用，这一观察结果在第一次世界大战期间引起了重大兴趣。进一步的研究导致创造了工程化的磁刻酚材料，例如Terfenol-D和最近的Galfenol，它们的伸长率高达0.04至0.2％。

磁场诱导应变的现象也称为直接的（磁性）效应。磁性效应可以追溯到由于磁性材料遭受磁场和机械应力时，磁性和机械能在磁性材料中发挥的平衡行为而产生的原子水平相互作用。下面的动画简单地说明了磁性材料内部发生的事情。

当您循环时，将磁场施加到材料上时，它会制造出微小的椭圆形磁体，该磁体可以来回构成材料翻转，并在磁场的大小和方向上变化。这些磁性块的重新定位表现为宏观应变。如果您以典型的电源线频率（50Hz - 60Hz）循环磁场，则材料中的循环应变将使其像扬声器一样工作，从而产生可听见的声音。这解释了来自变压器的嗡嗡声声音。

由于这种双向磁力学耦合，我们也看到了逆在磁性材料上作用的应力可以通过重新定位这些微小磁体来改变材料本身的磁态。直接和逆影响分别用于致动和传感应用。

使用磁性材料的地方

磁性材料几乎可以为几乎每个行业提供，从航空航天和石油生产到声学和MEMS。下面列出了一些重要的商业应用程序：

• 声学设备
• 声纳
• 水文
• 用于清洁，混合和乳化的超声振荡器
• 超声波摩擦焊接
• 执行者
• 线性和旋转电动机
• Inch虫执行器
• 机床头的位置控制器
• 燃油喷射系统
• 光学扫描系统
• 液压致动器，例如伺服阀和泵
• 智能机翼中的主动尾边缘以减少阻力
• 传感器
• 位置传感器
• 非接触式扭矩传感器
• 磁场传感器
• MEMS生物和化学传感器
• 振动控制
• 振动阻尼器
• 平台稳定器
• 图像稳定器
• 能源收割机
• 混合智能结构
• tonpilz带有混合压电/磁梗核心的换能器
• 混合压电/磁性复合执行器和传感器

您也可以使用它们来转动墙壁或窗户扬声器的客厅呢

那么，您如何在comsol多物理学中对这种有趣的现象进行建模？

在comsol多物理学中建模磁截图

对磁刻度传感器进行建模的正确配方涉及准确模拟磁性和结构行为，同时还使用适当的材料模型捕获这些物理之间的相互作用。COMSOL为您提供预定义的物理界面，以设置磁性和结构模拟。它还为您提供了设置用户定义的自定义本构法律以数学代表材料模型的灵活性。

实验证据表明，直接磁静脉效应都是非线性的。在模拟在绝对条件下操作但暴露于大量机械力和磁场的设备时，对完整的非线性响应进行建模可能很重要。在这样的设备中，知道在磁刻录核心饱和的什么操作条件下可能很有用。这样的信息可以提供设计师的限制，并解释现实的非线性行为，例如传感器的灵敏度的变化或执行器的最大力量，用户可以期望从磁性设备中获得。

在以某些已知频率并在已知的一组操作条件下运行的声音传感器中，可以使用线性本构定律来简化材料模型。这些定律（或方程式）是根据换能器操作涉及偏置点的小振荡的假设得出的。在建模方法中进行这种实际考虑，使我们能够轻松地模拟在广泛的操作频率上的磁刻度传感器的响应。

在comsol Multiphysics中，可以同时设置用于建模磁刻度设备的非线性和线性构型方程。在这里，我想与您分享一些通过模拟实验传感器获得的结果的快照。

模拟磁漫画的传感器

典型的换能器具有磁性芯，周围是驱动线圈。流过线圈的电流会产生磁场。换能器的钢壳包含驱动线圈和核心。核心连接到活塞上，该活塞用于将核心的位移转移到执行器配置中的外部机械组件上，或将负载从外部机械或声学源转移到传感器配置中的核心。钢壳，活塞和芯也会产生封闭的磁通路径。

对于非线性模型，我们使用了加氟酚的典型材料表征曲线，并能够识别重要设计参数（例如传感器的阻塞力）中的非线性。我们还能够探索驱动和传感行为的变化，这是广泛的磁场的函数，以及作用在换能器上的拉伸和压缩载荷。有关此模型的更多信息，请查看非线性磁刻录力执行器和传感器在我们的模型画廊中的教程。

位移幅度，执行器和传感器曲线以及换能器在非线性磁刻录力执行器模拟中阻断了力图。

对于线性模型，我们使用了Terfenol-D的典型材料参数，并能够生成执行器负载线。我们还能够探索换能器位移和驱动线圈阻抗的振幅和相位的频率响应。

在线性磁磁性传感器模拟中，执行器负载线，线圈阻抗，位移幅度和位移相图。

2013年Comsol会议上的磁刻度传感器主题演讲乐动滚球app下载

不久前，我的同事伯恩特（Bernt乐动体育app无法登录主题演讲有关建模磁刻度传感器在波士顿举行的2013年Comsol会议上使用Comsol Mul乐动滚球app下载tiphysics。如果您像我一样是磁陷入困境的爱好者，那么您绝对不想错过坐在她的演讲中的机会。

其他资源

• 下载非线性磁刻录力执行器和传感器教程从模型画廊
• 了解变压器噪声是一个很好的资源，解释了磁性效果
• 阅读主管嗡嗡作响