翁光遠(yuǎn)

摘 要：磁控形狀記憶合金（Magnetic Shape Memory Alloy）在磁場(chǎng)作用下所表現(xiàn)出的低能量誘發(fā)相變、大恢復(fù)應(yīng)變、大輸出應(yīng)力、高響應(yīng)頻率和可精確控制的特性，使之有可能成為土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制理想的驅(qū)動(dòng)與傳感材料。針對(duì)這一問(wèn)題，論文通過(guò)描述MSMA材料的變形機(jī)制，以及磁場(chǎng)、應(yīng)變、應(yīng)力之間的函數(shù)關(guān)系，分析了磁控形狀記憶合金在工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制應(yīng)用中需要解決的問(wèn)題，提出了磁控形狀記憶合金在工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域中應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：磁控形狀記憶合金； 磁力性能； 振動(dòng)控制； 本構(gòu)關(guān)系

1.MSMA變形機(jī)理

磁控形狀記憶合金既有傳統(tǒng)記憶合金特有的熱彈性馬氏體相變，也有鐵磁相和順磁相之間的居里轉(zhuǎn)變。磁控形狀記憶合金的磁致應(yīng)變可以通過(guò)兩種方法獲得[1]，一種是由磁場(chǎng)誘發(fā)從母相到馬氏體的相變（類似于應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變），這種情況一般需要非常大的磁場(chǎng)，例如需要1.29T的磁場(chǎng)才能誘發(fā)合金的馬氏體相變；另外一種是鐵磁控馬氏體在磁場(chǎng)作用下的孿晶變體再取向（類似于應(yīng)力促使馬氏體孿晶再取向，與傳統(tǒng)的磁致伸縮機(jī)制無(wú)關(guān)），這種情況需要的磁場(chǎng)比前者小得多，而且可以得到較大的應(yīng)變量，例如在300K時(shí)，誘發(fā)Ni48.8Mn29.7Ga21.5合金馬氏體變體再取向得到9.5%的磁致應(yīng)變，只需0.13T的磁場(chǎng)。所以有關(guān)鐵磁形狀記憶合金的研究大多采用第二種機(jī)制，可以利用較小的磁場(chǎng)獲得較大的應(yīng)變。

在高對(duì)稱性母相中，馬氏體成核所產(chǎn)生的應(yīng)變主要是通過(guò)滑移或者變形孿晶變體界面的移動(dòng)來(lái)消除（可以大大降低馬氏體與周圍區(qū)域的應(yīng)變能）。在有序合金中，與滑移變形相比，孿晶界面的移動(dòng)不需破壞原子鍵，需要的能量較低，因此，孿晶界面的移動(dòng)要比滑移更容易發(fā)生。孿晶界面移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的孿晶變體的擇優(yōu)取向?qū)a(chǎn)生較大的宏觀應(yīng)變。

磁控形狀記憶效應(yīng)的必要條件是馬氏體的各向異性能大于孿晶界移動(dòng)所需的能量，而且易磁化方向在孿晶界兩邊不同，在這種情況下施加磁場(chǎng)將在孿晶界兩邊產(chǎn)生Zeemna能的

差異 ，這個(gè)能量差異對(duì)孿晶界施加壓力，因

而易磁化方向與外磁場(chǎng)方向相同的孿晶單變體將長(zhǎng)大，磁場(chǎng)誘發(fā)孿晶界移動(dòng)的結(jié)果是產(chǎn)生一個(gè)大的應(yīng)變，這效應(yīng)完全發(fā)生在磁控形狀記憶合金的馬氏體。

磁控形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)不是通過(guò)溫度的改變而是通過(guò)磁場(chǎng)變換達(dá)到的，也就是說(shuō)，在磁場(chǎng)作用下發(fā)生磁誘發(fā)相變，這個(gè)動(dòng)作是瞬時(shí)進(jìn)行的。所以，磁控形狀記憶合金不僅具有普通形狀記憶合金應(yīng)變、應(yīng)力大的優(yōu)點(diǎn)，而且具有反應(yīng)迅速、響應(yīng)頻率高的優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于各種混合系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、減震器、力/位移傳感器、功率發(fā)生器等很多場(chǎng)合。

摘 要：磁控形狀記憶合金（Magnetic Shape Memory Alloy）在磁場(chǎng)作用下所表現(xiàn)出的低能量誘發(fā)相變、大恢復(fù)應(yīng)變、大輸出應(yīng)力、高響應(yīng)頻率和可精確控制的特性，使之有可能成為土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制理想的驅(qū)動(dòng)與傳感材料。針對(duì)這一問(wèn)題，論文通過(guò)描述MSMA材料的變形機(jī)制，以及磁場(chǎng)、應(yīng)變、應(yīng)力之間的函數(shù)關(guān)系，分析了磁控形狀記憶合金在工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制應(yīng)用中需要解決的問(wèn)題，提出了磁控形狀記憶合金在工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域中應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：磁控形狀記憶合金； 磁力性能； 振動(dòng)控制； 本構(gòu)關(guān)系

1.MSMA變形機(jī)理

磁控形狀記憶合金既有傳統(tǒng)記憶合金特有的熱彈性馬氏體相變，也有鐵磁相和順磁相之間的居里轉(zhuǎn)變。磁控形狀記憶合金的磁致應(yīng)變可以通過(guò)兩種方法獲得[1]，一種是由磁場(chǎng)誘發(fā)從母相到馬氏體的相變（類似于應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變），這種情況一般需要非常大的磁場(chǎng)，例如需要1.29T的磁場(chǎng)才能誘發(fā)合金的馬氏體相變；另外一種是鐵磁控馬氏體在磁場(chǎng)作用下的孿晶變體再取向（類似于應(yīng)力促使馬氏體孿晶再取向，與傳統(tǒng)的磁致伸縮機(jī)制無(wú)關(guān)），這種情況需要的磁場(chǎng)比前者小得多，而且可以得到較大的應(yīng)變量，例如在300K時(shí)，誘發(fā)Ni48.8Mn29.7Ga21.5合金馬氏體變體再取向得到9.5%的磁致應(yīng)變，只需0.13T的磁場(chǎng)。所以有關(guān)鐵磁形狀記憶合金的研究大多采用第二種機(jī)制，可以利用較小的磁場(chǎng)獲得較大的應(yīng)變。

在高對(duì)稱性母相中，馬氏體成核所產(chǎn)生的應(yīng)變主要是通過(guò)滑移或者變形孿晶變體界面的移動(dòng)來(lái)消除（可以大大降低馬氏體與周圍區(qū)域的應(yīng)變能）。在有序合金中，與滑移變形相比，孿晶界面的移動(dòng)不需破壞原子鍵，需要的能量較低，因此，孿晶界面的移動(dòng)要比滑移更容易發(fā)生。孿晶界面移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的孿晶變體的擇優(yōu)取向?qū)a(chǎn)生較大的宏觀應(yīng)變。

磁控形狀記憶效應(yīng)的必要條件是馬氏體的各向異性能大于孿晶界移動(dòng)所需的能量，而且易磁化方向在孿晶界兩邊不同，在這種情況下施加磁場(chǎng)將在孿晶界兩邊產(chǎn)生Zeemna能的

差異 ，這個(gè)能量差異對(duì)孿晶界施加壓力，因

而易磁化方向與外磁場(chǎng)方向相同的孿晶單變體將長(zhǎng)大，磁場(chǎng)誘發(fā)孿晶界移動(dòng)的結(jié)果是產(chǎn)生一個(gè)大的應(yīng)變，這效應(yīng)完全發(fā)生在磁控形狀記憶合金的馬氏體。

磁控形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)不是通過(guò)溫度的改變而是通過(guò)磁場(chǎng)變換達(dá)到的，也就是說(shuō)，在磁場(chǎng)作用下發(fā)生磁誘發(fā)相變，這個(gè)動(dòng)作是瞬時(shí)進(jìn)行的。所以，磁控形狀記憶合金不僅具有普通形狀記憶合金應(yīng)變、應(yīng)力大的優(yōu)點(diǎn)，而且具有反應(yīng)迅速、響應(yīng)頻率高的優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于各種混合系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、減震器、力/位移傳感器、功率發(fā)生器等很多場(chǎng)合。

摘 要：磁控形狀記憶合金（Magnetic Shape Memory Alloy）在磁場(chǎng)作用下所表現(xiàn)出的低能量誘發(fā)相變、大恢復(fù)應(yīng)變、大輸出應(yīng)力、高響應(yīng)頻率和可精確控制的特性，使之有可能成為土木工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制理想的驅(qū)動(dòng)與傳感材料。針對(duì)這一問(wèn)題，論文通過(guò)描述MSMA材料的變形機(jī)制，以及磁場(chǎng)、應(yīng)變、應(yīng)力之間的函數(shù)關(guān)系，分析了磁控形狀記憶合金在工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制應(yīng)用中需要解決的問(wèn)題，提出了磁控形狀記憶合金在工程結(jié)構(gòu)振動(dòng)控制領(lǐng)域中應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：磁控形狀記憶合金； 磁力性能； 振動(dòng)控制； 本構(gòu)關(guān)系

1.MSMA變形機(jī)理

磁控形狀記憶合金既有傳統(tǒng)記憶合金特有的熱彈性馬氏體相變，也有鐵磁相和順磁相之間的居里轉(zhuǎn)變。磁控形狀記憶合金的磁致應(yīng)變可以通過(guò)兩種方法獲得[1]，一種是由磁場(chǎng)誘發(fā)從母相到馬氏體的相變（類似于應(yīng)力誘發(fā)馬氏體相變），這種情況一般需要非常大的磁場(chǎng)，例如需要1.29T的磁場(chǎng)才能誘發(fā)合金的馬氏體相變；另外一種是鐵磁控馬氏體在磁場(chǎng)作用下的孿晶變體再取向（類似于應(yīng)力促使馬氏體孿晶再取向，與傳統(tǒng)的磁致伸縮機(jī)制無(wú)關(guān)），這種情況需要的磁場(chǎng)比前者小得多，而且可以得到較大的應(yīng)變量，例如在300K時(shí)，誘發(fā)Ni48.8Mn29.7Ga21.5合金馬氏體變體再取向得到9.5%的磁致應(yīng)變，只需0.13T的磁場(chǎng)。所以有關(guān)鐵磁形狀記憶合金的研究大多采用第二種機(jī)制，可以利用較小的磁場(chǎng)獲得較大的應(yīng)變。

在高對(duì)稱性母相中，馬氏體成核所產(chǎn)生的應(yīng)變主要是通過(guò)滑移或者變形孿晶變體界面的移動(dòng)來(lái)消除（可以大大降低馬氏體與周圍區(qū)域的應(yīng)變能）。在有序合金中，與滑移變形相比，孿晶界面的移動(dòng)不需破壞原子鍵，需要的能量較低，因此，孿晶界面的移動(dòng)要比滑移更容易發(fā)生。孿晶界面移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的孿晶變體的擇優(yōu)取向?qū)a(chǎn)生較大的宏觀應(yīng)變。

磁控形狀記憶效應(yīng)的必要條件是馬氏體的各向異性能大于孿晶界移動(dòng)所需的能量，而且易磁化方向在孿晶界兩邊不同，在這種情況下施加磁場(chǎng)將在孿晶界兩邊產(chǎn)生Zeemna能的

差異 ，這個(gè)能量差異對(duì)孿晶界施加壓力，因

而易磁化方向與外磁場(chǎng)方向相同的孿晶單變體將長(zhǎng)大，磁場(chǎng)誘發(fā)孿晶界移動(dòng)的結(jié)果是產(chǎn)生一個(gè)大的應(yīng)變，這效應(yīng)完全發(fā)生在磁控形狀記憶合金的馬氏體。

磁控形狀記憶合金的形狀記憶效應(yīng)不是通過(guò)溫度的改變而是通過(guò)磁場(chǎng)變換達(dá)到的，也就是說(shuō)，在磁場(chǎng)作用下發(fā)生磁誘發(fā)相變，這個(gè)動(dòng)作是瞬時(shí)進(jìn)行的。所以，磁控形狀記憶合金不僅具有普通形狀記憶合金應(yīng)變、應(yīng)力大的優(yōu)點(diǎn)，而且具有反應(yīng)迅速、響應(yīng)頻率高的優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于各種混合系統(tǒng)、定位系統(tǒng)、減震器、力/位移傳感器、功率發(fā)生器等很多場(chǎng)合。