压应力特性测试探究

当沿GMM棒轴向施加一定压应力时，GMM内部的磁畴指向更容易被磁场磁化的方向，磁致伸缩能力变强，材料的磁化曲线和磁滞回线变得扁平，而磁滞伸缩应变曲线变得陡直，这使得在相同的磁场强度下，磁致伸缩系数变大，这就是磁致伸缩压应力效应。对GMM棒施加一定的预压力，一是可以提高GMM的磁致伸缩系数和灵敏度，充分发挥材料的最佳性能；二是GMM本身脆性较大，其抗拉强度（28 MPa）远小于抗压强度（700 MPa）［147］，受到拉应力或剪切应力时，材料容易产生断裂，尤其是端面和边缘部分，所以施加适当的预应力可以避免材料处于受拉状态。但预压力不能过大，过大的预压力会减少GMM的位移输出，降低致动器的负载能力。

预压装置的预压力一般由弹性元件提供，特性测试装置采用直角柔性铰链为弹性元件，通过两个楔形块相对运动来推动柔性铰链产生形变，如图2－3所示。通过转动预压装置的调整螺钉，改变两个楔形块的相对位置来施加不同的预压力。在预压装置和GMM棒之间设置压力传感器（图2－3），读取压力传感器的数值，根据GMM棒尺寸换算成压应力，使施加的压应力分别为0 MPa、6 MPa、8 MPa、10 MPa和12 MPa，通过对激励线圈施加不同的直流电压得到不同的磁场强度，由激光位移传感器测量GMM棒的位移输出，不同压应力下的磁致伸缩应变曲线如图2－11所示。

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图2-11　不同压应力下的磁致伸缩应变曲线（书后附彩插）

从图2－11可以看出，当沿GMM棒轴向施加一定的压应力时，可明显提高GMM的磁致伸缩系数。这是由于通过压缩材料的初始长度，使磁畴产生反向转动的预压缩，当外磁场达到饱和时，磁畴全部转到轴向方向，GMM棒由于预压缩量的存在能够获得更大的相对伸长量。从图2－11可以看出，施加的预压力越大，GMM棒的预压缩量也越大，磁致伸缩应变也越大。但是当预应力超过10 MPa时，由于GMM内部磁畴转动和伸长的阻力越来越大，其磁致伸缩系数增大程度明显减小，预压缩量将逐渐达到饱和。此时，继续增大预应力对GMM磁致伸缩性能的提高作用很小，而且过大的预紧力甚至还会降低磁致伸缩系数。所以将GMM棒的预压应力确定为10 MPa，这与一些文献的结论是一致的［118］。