Nghiên cứu tương tác giữa các hạt sắt trong trong vật liệu lưu

Mục tiêu: Xác định tương tác giữa các hạt sắt dưới sự tác động của từ trường Mô phỏng lực tương tác giữa các hạt trong vật liệu lưu biến từ Thí nghiệm đo cơ tính của vật liệu đàn hồi lưu

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC HẠT SẮT TRONG VẬT LIỆU LƯU BIẾN TỪ DƯỚI TỪ

TRƯỜNG

Mã số: T2022-06-02

Chủ nhiệm đề tài: TS Trương Thị Hoa

Đà Nẵng, 11/2023

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC HẠT SẮT TRONG VẬT LIỆU LƯU BIẾN TỪ DƯỚI TỪ TRƯỜNG

DANH SÁCH THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN CỨU

STT Họ và tên Đơn vị công tác và lĩnh vực chuyên môn

1 TS Nguyễn Xuân Bảo Khoa Cơ khí, Trường ĐH Sư phạm Kỹ Thuật- Đại học

Đà Nẵng, Kỹ thuật cơ khí

2 ThS Nguyễn Quang Dự Khoa Cơ khí, Trường ĐH Sư phạm Kỹ Thuật- Đại học

Đà Nẵng, Kỹ thuật cơ khí

3 ThS Nguyễn Văn Nam Khoa Điện-Điện tử, Trường ĐH Sư phạm Kỹ Thuật-

Đại học Đà Nẵng, Kỹ thuật điện

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

TRƯỜNG ĐH SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu tương tác giữa các hạt sắt trong trong vật liệu lưu biến từ dưới từ trường

- Mã số: T2022-06-02

- Chủ nhiệm: TS.Trương Thị Hoa

- Thành viên tham gia: TS Nguyễn Xuân Bảo, Ths Nguyễn Quang Dự, ThS.

Nguyễn Văn Nam

- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật

- Thời gian thực hiện: 09 tháng (03 năm 2023 đến tháng 11 năm 2023)

2 Mục tiêu:

Xác định tương tác giữa các hạt sắt dưới sự tác động của từ trường

Mô phỏng lực tương tác giữa các hạt trong vật liệu lưu biến từ

Thí nghiệm đo cơ tính của vật liệu đàn hồi lưu biến từ do ảnh hưởng tương

tác giữa các hạt

1 Tính mới và sáng tạo:

Trong nghiên cứu này, sự tương tác giữa hai hạt làm bằng vật liệu từ tính đẳnghướng có thể phân cực tuyến tính và được nhúng trong một ma trận đàn hồi đượcnghiên cứu Khi các hạt sắt được từ hóa trong một trường bên ngoài, lực hút từ tínhcủa các hạt, trái ngược với các lưỡng cực điểm xảy ra Tính lưỡng cực, và lựctương tác giữa các hạt sắt trong vùng từ trường gây ra hiện tượng thay đổi modulđàn hồi và trễ cơ học, điều này có ý nghĩa quan trọng đối với các tính chất vật liệulưu biến từ Kết quả nghiên cứu nhằm mục đích hiểu được dòng từ thông qua hạt từtính và sự tương tác giữa hai hạt sắt trong từ trường, khái quát sự tương tác các hạtsắt trong vật liệu lưu biến từ, và từ đó có thể cải thiện cơ tính của vật liệu đàn hồilưu biến từ

4 Tóm tắt kết quả nghiên cứu:

Đề tài đã nghiên cứu sự tương tác giữa các hạt hạt sắt từ được từ hóa trong mộttrường bên ngoài, lực hút từ tính của các hạt, trái ngược với các lưỡng cực điểmxảy ra Tính lưỡng cực, và lực tương tác giữa các hạt sắt trong vùng từ trường gây

ra hiện tượng thay đổi modul đàn hồi và trễ cơ học, đã được tính toán và thựcnghiệm nhằm mục đích hiểu được dòng từ thông qua hạt từ tính, sự tương tác giữahai hạt sắt trong từ trường, và khái quát sự tương tác các hạt sắt trong vật liệu lưubiến từ, và từ đó có thể cải thiện cơ tính của vật liệu đàn hồi lưu biến từ

5 Tên sản phẩm: 01 Bài báo đã được đăng trên tạp chí trong danh mục SCIE-Q2

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

Báo cáo tổng kết đề tài là tài liệu tham khảo hữu ích cho giảng viên và sinh viên chuyên ngành Hệ thống cung cấp điện

Các sản phẩm được nghiệm thu sẽ được chuyển giao theo hình thức bàn giao trực tiếp toàn bộ cho Bộ môn Hệ thống điện, Khoa Điện-Điện tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật-ĐHĐN để làm tài liệu cho giảng dạy và nghiên cứu khoa học của giảng viên, sinh viên và để tiếp tục phát triển về sau

7 Hình ảnh, sơ đồ minh họa chính

TM Hội đồng Khoa Chủ tịch

Chủ nhiệm đề tài

XÁC NHẬN CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

KT HIỆU TRƯỞNG PHÓ HIỆU TRƯỞNG

PGS TS Võ Trung Hùng

Mẫu 4 Thông tin kết quả nghiên cứu bằng tiếng Anh

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information:

Project title: Studying the interactions between iron particles in magnetorheological

materials under a magnetic field

Code number: T2022-06-02

Coordinator: Nguyễn Xuân Bảo, Nguyễn Quang Dự, Nguyễn Văn Nam

Implementing institution: University of Technology and Education-The University

3 Creativeness and innovativeness:

In this study, the interaction between two particles made of a linearlypolarizable isotropic magnetic material and embedded in an elastic matrix isinvestigated When iron particles are magnetized in an external field, the magneticattraction of the particles, as opposed to point dipoles, occurs The dipole, and theinteraction force between iron particles in the magnetic field region causes changes

in the elastic modulus and mechanical hysteresis, which has important implicationsfor magnetorheological material properties The research results aim to understandthe magnetic flow through magnetic particles and the interaction between two ironparticles in a magnetic field, generalize the interaction of iron particles inmagnetorheological materials, and thereby be able to improve Mechanicalproperties of magnetorheological elastic materials

2 Research results:

The project studied the interaction between ferromagnetic particlesmagnetized in an external field, the magnetic attraction of the particles, in contrast

to the point dipoles that occur The dipole, and the interaction force between ironparticles in the magnetic field region causing changes in elastic modulus andmechanical hysteresis, have been calculated and experimented with the aim ofunderstanding the magnetic flux through magnetic particles, the interactionbetween two iron particles in a magnetic field, and generalize the interaction of ironparticles in magnetorheological materials, and thereby can improve the mechanicalproperties of magnetorheological elastic materials

5 Products: 01 Article has been published in a journal indexed in SCIE-Q2

6 Effects, transfer alternatives of research results and applicability:

The project summary report is a useful reference for lecturers and studentsmajoring in Power Supply Systems

Accepted products will be transferred in the form of direct handover to theDepartment of Power Systems, Faculty of Electrical and Electronics Engineering,University of Technology and Education - UD to be used as a reference forteaching and scientific research of lecturers and students and for continueddevelopment in the future

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 4

1.1 Tổng quan về vật liệu từ biến 4

1.2 Tổng quan về tương tác điện từ các hạt sắt trong vật liệu từ biến 8

1.3 Mục đích nghiên cứu 8

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ 10

2.1 Những khái niệm cơ bản về trường điện từ 10

2.1.1 Định nghĩa 10

2.1.2 Các đại lượng đặc trưng của trường điện từ 11

2.1.3 Tính chất tương đối giữa E và B 12

2.1.4 Véc tơ cường độ từ trường H 12

2.2 Phân cực từ 13

2.3 Tương tác lưỡng cực từ - lưỡng cực 14

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VẬT LIỆU TỪ 16

3.1 Khái niệm chung về tính chất từ của vật liệu từ tính 16

3.2 Vật liệu từ mềm: 21

3.2.1 Sắt (Thép các bon thất ) 21

3.2.2 Thép 22

3.3 Vật liệu từ cứng: 24

3.3.1 Thép hợp kim hóa , được tôi đến trạng thái mactenxit: 24

3.3.2 Ferit từ cứng 25

CHƯƠNG 4 TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU TỪ BIẾN MRE 27

4.1 Vật liệu từ biến MRE dưới các cấu trúc hạt sắt khác nhau 27

4.2 Tính chất chung của vật liệu MRE 30

4.2.1 Tính chất chung 30

4.2.2 Tính chất phụ thuộc vào tần số 32

4.2.3 Tính chất phụ thuộc mật độ từ thông 34

4.2.4 Sự phụ thuộc vào biên độ 36

4.2.5 Tính chất phụ thuộc vào góc nghiêng của chuỗi hạt 37

4.2.6 Thảo luận 37

CHƯƠNG 5 XÂY DỰNG MÔ HÌNH TƯƠNG TÁC LƯỠNG CỰC CÁC HẠT SẮT TRONG VẬT LIỆU TỪ BIẾN MRE 43

5.1 Tương tác từ trường của các hạt sắt trong vật liệu MRE 43

5.2 Đánh giá, phân tích kết quả mô phỏng 48

5.2.1 Mối quan hệ giữa kết quả tính toán lực tương tác và đáp ứng lực đo thực nghiệm 48

5.2.2 Phân tích sự phân bố từ thông trong vật liệu MRE 48

KẾT LUẬN 53

TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 Thuyết minh đề tài KHCN

Hợp đồng triển khai đề tài

Phụ lục hợp đồng

Bảng Mục mục minh chứng sản phẩm của đề tài

Bộ minh chứng sản phẩm của đề tài

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

MR -Magnetorheological material

MRE-Magnetorheological elastomer

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

Hình 3.1 Hướng từ hóa dễ và khó trong đơn tinh thể 16Hình 3.2 Đường cong từ hóa (a)và độ từ thẩm μ (b) 18Hình 3.3 Quan hệ μ vật liệu sắt từ với nhiệt độ 18Hình 3.4 Các vòng từ trễ ứng với các giá trị giới hạn cường độ từ trường khác nhau 19Hình 3.5 Đường cong từ hóa ban đầu và vòng từ trễ giới hạn của vật liệu sắt từ 20

Hình 4.1 Quá trình làm mẫu MRE bao gồm ba bước chính: trộn để tạo thành hỗnhợp đồng nhất, loại bỏ bong bóng khí và lưu hóa trong một trường từ trường vớicác góc nghiêng khuôn khác nhau 29Hình 4.2 Hệ thống thử nghiệm để đo các tính chất cơ học của các vật liệu 29Hình 4.3 Phản ứng lực - biến dạng ở hiệu suất tần số thấp (f=1 Hz), độ nhớt rấtnhỏ, tính đàn hồi và tính chất ma sát là các tính chất chính: (a) không có một trường

từ trường được áp dụng và (b) mạnh từ trường được áp dụng 31Hình 4.4 Đáp ứng lực - biến dạng dưới các mức tần số khác nhau trong trường hợp

có và không có từ trường được áp dụng cho mẫu S0: (a) không có trường từ trường,(b) có từ trường 265 mT (3 A) 33Hình 4.5 Đáp ứng lực - biến dạng dưới các mức dòng điều chỉnh khác nhau, biên

độ được đặt (x0= 0.8 mm): (a) tần số kích thích 1 Hz; (b) tần số kích thích 12 Hz34

Hình 4.6 Đáp ứng lực - biến dạng dưới các mức biên độ khác nhau cho mẫu S0, tần

số được đặt là f=1 Hz: (a) không có trường từ trường 0 mT (0A); (b) có trường từtrường 167 mT (3A) 35Hình 4.7 Đáp ứng vòng trễ lực-dịch chuyển đối với các mẫu có các góc nghiêngkhác nhau 300, 600 và 900, biên độ và tần số lần lượt là x0 = 0.85và f=1 Hz, cácthí nghiệm được thực hiện dưới các mức độ khác nhau của mật độ dòng điện: (a) 0

mT (0A); (b) 112 mT (2A); (c) 224 mT (4A); và (d) 336 mT (6 A) 39Hình 4.8 Sự tăng của biên độ Bảng 1lực đàn hồi và biên độ lực ma sát khi thửnghiệm ở các giá trị dòng điện khác nhau cho các mẫu (S0, S30, S60), các giá trịđược tính toán như được thể hiện trong Hình 1.3(b): (a) sự tăng của biên độ lực đànhồi ∆Fe0; (b) biên độ lực ma sát ∆Ff0 40

Hình 5.1 Đồ minh họa quá trình từ trường hóa của hai hạt lưỡng cực từ dưới từ trường bên ngoài: (a) hai nam châm đặc biệt; (b) biến dạng cắt 43Hình 5.2 Cường độ lực của toàn bộ hạt (Fx0 và Fy0) được tính toán trong miền cường độ từ trường với các góc nghiêng khác nhau: (a) Fx0; (b) Fy0 46Hình 5.3 Cường độ lực của toàn bộ hạt (Fx0 và Fy0) được tính toán trong miền góc nghiêng: (a) Fx0; (b) Fy0 47Hình 5.4 Mô hình phần tử hữu hạn của các hạt sắt trong vật liệu MRE đặt trongtrường từ: (a) mô hình, (b) lưới mạng 50Hình 5.5 Từ thông đi qua các hạt sắt tương ứng với từ thông ngoại vi (điểm A) là 2

A (112mT) dưới các góc của hai hạt: (a) 00; (b) 300; (c) 600; (d) 900 51Hình 5.6 Phản ứng từ thông tại các điểm A và C khi góc nghiêng giữa hai hạt tănglên với hai mức dòng điện khác nhau 51

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 3.1 Thành phần và các tính chất của nhãn hiệu sắt 21Bảng 3.2 Sự phụ thuộc của khối lượng riêng và điện trở suất thép lá kỹ thuật điện vào hàm lượng silic 22Bảng 3.3 Giá trị giưới hạn cảm ứng từ và suất tổn hao thép ktd 23Bảng 3.4 Giá trị cảm ứng từ của một số loại thép kỹ thuật 24Bảng 4 1 Biên độ lực (F0), biên độ lực ma sát (Ff0), diện tích vòng lặp (A), và độ dốc (s = F0x0) đã được thực hiện ở các mức độ khác nhau về biên độ, mật độ dòng điện từ trường (dòng điện áp dụng) và tần số cho mẫu S0 41Bảng 5.1 Giá trị từ thông tại các điểm A và C khi thay đổi góc nghiêng của chuỗi hạt ở mức dòng điện 2 A và 4 A 52

giữa các hạt sắt bên trong vật liệu Việc tìm hiểu ảnh hưởng của từ trường lên hạtsắt trong vật liệu lưu biến từ có tầm quan trọng rất lớn đến sự tương tác giữa cáchạt sắt Các khảo sát cho thấy rằng khoảng cách và góc nghiên giữa các hạt sắt ảnhhưởng rất lớn đến cường độ từ thông và lực tương tác giữa các hạt Do đó sự phân

bố của các hạt sắt ảnh hưởng đáng kể đến tính chất của vật liệu Tuy nhiên, việcthiếu hiểu biết về dòng từ thông qua hạt từ tính trong vật liệu lưu biến từ gây ra khókhăn trong việc cải thiện cơ tính vật liệu này và việc thiết kế hệ thống từ trườngtrong các hệ thống sử dụng vật liệu này Trong nghiên cứu này, sự tương tác giữahai hạt làm bằng vật liệu từ tính đẳng hướng có thể phân cực tuyến tính và đượcnhúng trong một ma trận đàn hồi được nghiên cứu Trong trường hợp này, khi mộttrường bên ngoài được áp đặt, lực hút từ tính của các hạt, trái ngược với các lưỡngcực điểm xảy ra Tính lưỡng cực, và lực tương tác giữa các hạt sắt trong vùng từtrường gây ra hiện tượng thay đổi modul đàn hồi và trễ cơ học, điều này có ý nghĩaquan trọng đối với các tính chất vật liệu từ lưu biến Kết quả nghiên cứu nhằm mụcđích hiểu dòng từ thông qua hạt từ tính và sự tương tác giữa hai hạt sắt trong từtrường, khái quát sự tương tác các hạt sắt trong vật liệu lưu biến từ, và từ đó có thểcải thiện cơ tính của vật liệu đàn hồi lưu biến từ

3 Mục tiêu đề tài

- Xác định tương tác giữa các hạt sắt dưới sự tác động của từ trường

- Mô phỏng lực tương tác giữa các hạt trong vật liệu lưu biến từ

- Thí nghiệm đo cơ tính của vật liệu đàn hồi lưu biến từ do ảnh hưởng tươngtác giữa các hạt

4 Cách tiếp cận

Tổng quan về những nghiên cứu ngoài nước đối với lĩnh vực liên quan của

đề tài Phân tích đánh giá ưu nhược điểm của các nghiên cứu trước đó, từ đó lựachọn cách tiếp cận vấn đề, thiết kế mô hình phần tử hữu hạn (finite elementmethod

magnetics- FEMM) và thực hiện mô phỏng số, thực nghiệm đối với đối tượng nghiêncứu.

.5 Phương pháp nghiên cứu

Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu xây dựng các mô hình toán học mô tảtương tác giữa các hạt sắt trong từ trường; sử dụng công cụ phần tử hữu hạnFEMM để mô phỏng ảnh hưởng từ trường lên các hạt sắt

6 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

6.1 Đối tượng nghiên cứu

Tương tác giữa các hạt sắt trong từ trường

6.2 Phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu lý thuyết, mô phỏng số để kiểm tra ý tưởng đề xuất

So sánh với giữa kết quả mô phỏng và kết quả thí nghiệm

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1 Tổng quan về vật liệu từ biến.

Vật liệu từ biến MR (Magnetorheological material) là một loại vật liệu đặcbiệt được sử dụng trong các ứng dụng kĩ thuật, trong đó tính chất vật lý của chúng

có thể thay đổi bằng cách áp dụng một trường từ tích hợp Cấu trúc cơ bản của MRbao gồm các hạt sắt từ có kích thước rất nhỏ (micro size) được phân tán trong một

ma trận chất lỏng hoặc cao su đàn hồi Các hạt sắt từ với kích thước vô cùng nhỏ,thường chỉ trong khoảng vài micromet (micro) được làm từ các kim loại như sắt,nickel, hoặc cobalt Những hạt này được phân tán đều trong ma trận chất lỏng hoặccao su đàn hồi Một tính chất quan trọng của MR là khả năng thay đổi cấu trúc vàtính chất vật lý của chúng dưới tác động của lực từ từ các hạt sắt từ Các hạt sắt từthường có độ từ thẩm cao, có nghĩa là chúng có khả năng tương tác mạnh với từtrường khi một trường từ được áp dụng Ma trận các hạt sắt là một phần quan trọngcủa MR Ma trận này cho phép nó thay đổi hình dạng và cấu trúc dưới tác động củalực từ

Trong nghiên cứu này, chúng tôi nghiên cứu sự tương tác các hạt sắt trongvật liệu lưu biết từ đàn hồi (Magnetorheological elastomer - MRE) Các tính chấtcủa MRE bị ảnh hưởng mạnh bởi nhiều yếu tố khác nhau, chẳng hạn như kíchthước, hình học, phân bố không gian và khối lượng của các hạt Trong số các yếu tốnày, tỷ lệ khối lượng của các hạt sắt có ảnh hưởng lớn nhất đến các tính chất củaMRE Hơn nữa, việc hình thành chuỗi các hạt trong quá trình lưu hóa rất phụ thuộcvào khối lượng của các hạt đối với MRE [1] Tỷ lệ khối lượng của các hạt sắt sovới ma trận cao su ảnh hưởng đến tính cứng hoặc mềm của MRE Khi tỷ lệ nàytăng lên, vật liệu có thể trở nên cứng hơn dưới tác động của lực từ, do sự tương tácmạnh giữa các hạt sắt từ Ngược lại, tỷ lệ thấp hơn có thể làm cho MRE mềm hơn.Tùy thuộc vào tỷ lệ khối lượng, MREs có thể được điều chỉnh để đáp ứng các yêucầu cụ thể của ứng dụng Việc điều chỉnh tỷ lệ này có thể thay đổi tính đàn hồi, độnhớt, độ nhớt và đáp ứng tỷ lệ lực từ cần thiết Trong trường hợp MRE không đồngnhất, tỷ lệ khối lượng

của các hạt sắt đối với ma trận cao su có thể ảnh hưởng đến cấu trúc của chuỗi cáchạt Tính cách các hạt sắt được sắp xếp trong chuỗi có thể tạo ra những đặc điểmđặc trưng của vật liệu này, chẳng hạn như tính chất độ nhạy đối với lực từ hoặc tính

ổn định Tỷ lệ khối lượng của các hạt sắt cũng quyết định hiệu suất và khả năngứng dụng của MREs Điều này đặc biệt quan trọng trong các lĩnh vực như côngnghiệp ô tô, nơi MREs được sử dụng trong hệ thống giảm sóc để cải thiện khả năngđiều chỉnh và đáp ứng của xe

Thêm vào đó, nhiều nghiên cứu cho thấy rằng các tính chất cơ học của vậtliệu MRE rất hiệu quả khi các hạt sắt hoàn toàn bị từ hóa Khoảng cách giữa cáchạt, cũng như các khuyết điểm của chuỗi hạt, cũng được xem xét Các nghiên cứu

đã cho thấy rằng cấu trúc chuỗi hạt gây ra một sự thay đổi đáng kể các tính chất cơhọc của vật liệu MRE [2, 3] Một tỷ lệ khối lượng của hạt lớn là mong muốn vìkhoảng cách giữa các hạt giảm, làm cho chúng trở nên nhạy và phản ứng hơn vớicác lĩnh vực từ trường [4] Tuy nhiên, mật độ hạt không nên quá cao, vì điều này cóthể làm cho các hạt dính với nhau, dẫn đến khuyết điểm trong vật liệu Trongtrường hợp tập trung hạt thấp trong MRE, chẳng hạn như nồng độ thấp hơn 20%theo thể tích, nồng độ của các hạt từ trường quá thấp để tạo thành chuỗi và tập hợp

cá thể Tỷ lệ theo thể tích cũng phụ thuộc vào vật liệu cơ bản và đường kính củacác hạt, với tỷ lệ theo thể tích được cho là hiệu quả dao động từ 27% đến 40% [5-8] Nghiên cứu cho thấy rằng khi các hạt sắt hoàn toàn bị từ hóa, tức là chúng có

độ từ thẩm cao và từ hóa dư thấp, thì tính chất cơ học của MREs trở nên đặc biệthiệu quả Điều này là do khả năng tương tác mạnh giữa các hạt sắt từ trong môitrường từ trường Khoảng cách giữa các hạt sắt cũng đóng vai trò quan trọng trongviệc điều chỉnh tính chất cơ học của MREs Tỷ lệ khối lượng của các hạt cao có thểlàm giảm khoảng cách giữa chúng, tạo điều kiện cho việc tương tác mạnh hơn dướitác động của từ trường Việc quan sát và quản lý khuyết điểm trong chuỗi các hạtcũng có ảnh hưởng đến tính chất của MREs Sự không đều trong cấu trúc chuỗi cóthể ảnh hưởng đến tính đàn hồi và khả năng điều chỉnh của vật liệu Tỷ lệ khốilượng của các hạt sắt có thể tác động

đáng kể đến tính cơ học của MREs Tỷ lệ này cần được tối ưu hóa để đạt được hiệusuất tốt nhất cho các ứng dụng cụ thể Tỷ lệ quá cao có thể làm cho vật liệu trở nênquá cứng và ít nhạy với từ trường, trong khi tỷ lệ quá thấp có thể không đủ để tạo racấu trúc chuỗi và tập hợp cá thể Tỷ lệ theo thể tích cũng phụ thuộc vào vật liệu đànhồi của MREs và đường kính của các hạt sắt Việc nghiên cứu và điều chỉnh tỷ lệnày có thể là một phần quan trọng trong việc tối ưu hóa tính chất của MREs chotừng ứng dụng cụ thể.

Độ đàn hồi động có thể mô tả tính chất phụ thuộc vào tần số của MRE Độđàn hồi động thường được đặc trưng bởi độ đàn hồi và độ tiêu hao, đại diện cho cácthành phần đàn hồi và tiêu hao của vật liệu Hành vi phụ thuộc vào tần số của MRE

có thể được minh họa thêm bằng hệ số tiêu hao, tức tỷ lệ giữa độ tiêu hao và độ đànhồi Hệ số tiêu hao được sử dụng để đo lường khả năng tiêu hao năng lượng củamột vật liệu và có thể được sử dụng để tối ưu hóa hiệu suất của MRE cho các ứngdụng cụ thể Tính chất của một vật liệu điều khiển từ trường có độ cứng phụ thuộcrất nhiều vào mật độ dòng từ trường được áp dụng MREs phản ứng với cường độ

từ trường bằng cách thay đổi tính chất cơ học và độ nhớt của chúng Mật độ dòng

từ trường phụ thuộc đáng kể vào độ cứng và hiện tượng từ trễ (hysteresis) của vậtliệu MRE [9,10] Độ đàn hồi động của MREs là một yếu tố quan trọng để đánh giátính chất đàn hồi của vật liệu dưới tác động từ trường Nó có thể biểu thị sự đàn hồicủa vật liệu tại các tần số khác nhau Độ đàn hồi động thường được đặc trưng bằngcác độ đàn hồi và độ tiêu hao, thể hiện sự đàn hồi và sự tiêu hao năng lượng củaMREs Hệ số tiêu hao là tỷ lệ giữa độ mất và độ đàn hồi, và nó được sử dụng để đolường khả năng tiêu hao năng lượng của vật liệu Điều này cho phép tối ưu hiệusuất của MRE cho các ứng dụng cụ thể MREs có thể được điều chỉnh để có hệ sốmất thấp hơn, làm tăng tính hiệu quả của chúng trong việc chuyển đổi từ trường.Tính cứng của MREs, tức khả năng chống lại biến dạng, phụ thuộc vào mật độdòng từ trường được áp dụng Cường độ từ trường ảnh hưởng đến tính chất cơ học

và độ nhớt của

MREs Hiện tượng từ trễ (hysteresis), tức tổn thất năng lượng trong vật liệu, cũng cóthể quan trọng trong đánh giá hiệu suất của MREs.

Tại mật độ từ thông thấp, vật liệu có khả năng đáp ứng điện từ (MREs)thường có tính chất mềm, tức là chúng dễ uốn cong và biến dạng Tuy nhiên, khichúng được đặt trong môi trường có mật độ từ thông cao, chúng trở nên cứng vàrắn hơn, tức là chúng ít uốn cong và biến dạng hơn Điều này có nghĩa là khi từtrường được tăng cường, sự thay đổi trong tính chất của MREs trở nên rõ rệt hơn

Ở một tần số cụ thể, hiện tượng từ trễ của MREs trở nên phi tuyến Nó cũng giatăng đáng kể khi mật độ từ thông tăng lên Hiện tượng từ trễ này xuất hiện do sự

ma sát xảy ra trong vật liệu MREs khi chúng thay đổi khả năng phản ứng trong từtrường

Để mô tả hiện tượng từ trễ này, nhiều mô hình toán học đã được phát triển

và sử dụng Các mô hình này có thể được liệt kê như mô hình ma sát Bingham, môhình ma sát Dahn, mô hình Bouc-Wen và mô hình ma sát Coulomb mượt Các môhình này giúp mô phỏng và dự đoán cách MREs sẽ phản ứng trong các tình huốngkhác nhau và làm cho hiện tượng hysteresis trở nên dễ hiểu hơn cho các nhà nghiêncứu và kỹ sư [11-18]

Tính chất của một vật liệu lưu biến phụ thuộc vào biên độ là khả năng củavật liệu thay đổi tính chất của nó dưới tác động của biên độ khác nhau Ở một tần

số và cường độ từ trường cụ thể, độ đàn hồi (hoặc độ cứng) trở nên lớn hoặc nhỏkhi thực hiện ở biên độ nhỏ và lớn Đây là tính chất Fletcher-Gent hoặc Payne củacác vật liệu đàn hồi [19, 20] Tính chất của MRE cũng phụ thuộc vào kích thướchạt sắt và tỷ lệ khối lượng của các hạt sắt Cấu trúc của các hạt trong MRE cũng thuhút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu Góc nghiêng của từ trường so với chuỗi

hạt được cho là có ảnh hưởng đáng kể đến độ cứng (module) và hiện tượng từ trễ,

điều cần phải làm sáng tỏ [21-23]

1.2 Tổng quan về tương tác điện từ các hạt sắt trong vật liệu từ biến

Các hạt sắt được từ hóa trong vật liệu lưu biến từ tương tác với nhau dướitác động của một từ trường mạnh Các hạt này khi tiếp xúc với một từ trường bênngoài sẽ được từ hóa và phân cực hóa, và tương tác với nhau trong vật liệu MRE.Lực tương tác này và lực từ trường gây ra sự thay đổi trong các tính chất của vậtliệu Nhiều nghiên cứu quan tâm đến tác động của từ trường và phân bố các hạt sắtbên trong vật liệu để cải thiện các tính chất cơ học của vật liệu trong quá trình sảnxuất [24-27] Phân phối đường sức từ và cường độ từ trường trong các vật liệu đànhồi bằng cách sử dụng phần mềm FEMM để phân tích từ thông bên trong vật liệudưới các cấu trúc hạt khác nhau đã được thể hiện trong các nghiên cứu trước [28-30] Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng hiểu được các tác động của từ thông lên các hạtsắt trong các vật liệu MRE có tầm quan trọng lớn do sự tương tác giữa các hạt sắt.Cấu trúc của các hạt sắt trong vật liệu MRE ảnh hưởng đáng kể đến tính chất củavật liệu Việc trích xuất mô hình MRE ở chế độ nén với góc nghiêng khác nhau ítnhận được sự quan tâm Một mô hình từ trường cho MRE không đồng nhất, sửdụng lý thuyết từ lưỡng cực từ và các phương pháp năng lượng, đã được phát triểncho biến đổi nén trên cấu trúc chuỗi hạt từ trường cơ bản [31] Hơn nữa, khoảngcách và góc nghiêng giữa các hạt sắt có ảnh hưởng lớn đến cường độ dòng từtrường và lực tương tác giữa các hạt Tuy nhiên, nghiên cứu tác động của các từtrường lên tương tác giữa các hạt trong các vật liệu từ trường đàn hồi là một côngviệc khó khăn và thu hút sự quan tâm của nhiều nhà khoa học

1.3 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu này đã nghiên cứu sự ảnh hưởng của các hạt bị từ hóa trong vậtliệu MRE dưới tác động của từ thông bên ngoài Trước tiên, các tính chất cơ họccủa MRE được trình bày với các góc nghiêng khác nhau giữa các đường sức từ vàchuỗi hạt sắt từ hóa Sau đó, dưới tác động của mật độ từ thông giữa các hạt sắt đãđược nghiên cứu bằng phương pháp phần tử hữu hạn Mô hình lực lực lưỡng cực từgiữa các hạt sắt trong vật liệu được xác định Phân tích nhằm mục đích đánh giá sựtương

quan giữa mô lưỡng cực từ giữa các hạt sắt trong vật liệu MRE và các kết quả thựcnghiệm Cuối cùng, phản ứng của hệ thống giảm chấn một bậc tự do được thựcnghiệm.

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRƯỜNG ĐIỆN TỪ

2.1 Những khái niệm cơ bản về trường điện từ

2.1.1 Định nghĩa

Trường điện từ là môi trường vật chất đặc biệt có 2 thuộc tính: liên tục dướidạng sóng điện từ trong không gian, gián đoạn dưới dạng hạt phôton, có nănglượng và động lượng, tồn tại khách quan, không nhìn, không sờ thấy

Trường điện từ đặc biệt vì chuyển động với vận tốc ánh sáng Sự tồn tại củatrường điện từ thể hiện qua sự tương tác, tác động với các hạt mang điện ở trongkhông gian.các điện tích có thể đứng yên hoặc chuyển động Độ lớn của lực tácđộng phụ thuộc vào độ lớn của điện tích phụ thuộc vào khoảng cách, phụ thuộc vàovận tốc của các điện tích Như vậy trường điện từ có 2 tính chất thể hiện là sóng vàhạt,tuỳ theo phạm vi không gian mà chúng ta xét mà tính chất sóng thể hiện rõ hoặctính chất hạt thể hiện rõ rệt hơn Vd: Trong phạm vi vĩ mô thì tính chất sóng thểhiện rõ rệt hơn nhưng trong phạm vi vi mô thì tính chất hạt thể hiện rõ hơn

Trong thực tế thì sự tồn tại và vận động của trường điện từ chúng ta gặp rấtnhiều, đặc biệt là trong kĩ thuật điện có rất nhiều các thiết bị điện đều ứng dụng các

lý thuyết trường điện từ để tạo ra các sản phẩm có ứng dụng trong đời sống sảnxuất Hai mặt thể hiện của trường điện từ là điện trường và từ trường chỉ có tínhchất tương đối mà thôi, ở những hệ quy chiếu khác nhau thì địên trường và từtrường có các giá trị khác nhau, thậm chí có thể chuyển hoá qua lại lẫn nhau Chonên, nếu chúng ta tách riêng rẽ hai mặt điện và từ để nghiên cứ khảo sát thì khi đó

sẽ không miêu tả được đầy đủ các hiện tượng cơ bản thường gặp trong thực tế nhưnăng lượng, động lượng, áp lực điện từ Khi xét về mối quan hệ tương tác giữatrường điện từ và môi trường chất ở trong một hệ quy chiếu quán tính nào đó thìtrường điện từ sẽ có hai mặt tương tác động lực học:

Một là lực Lozen về điện, kí hiệu là:

Hai lực này thông thường tạo ra một lực tổng hợp cho cả điện và từ có biểuthức như sau: 𝐹→ = 𝐹→𝑀 + 𝐹→𝐸

Như vậy trường điện từ có hai mặt thể hiện động lực học là điện trường và

từ trường cùng với hai lực Lozen Đó chỉ là những khái niệm tương đối còn thực tế

ta phải coi trường điện từ là một thể thống nhất không thể chia cắt vì điện trườngbiến thiên sinh ra từ trường và ngược lại.Tuy nhiên trong thực tế có cái thì điệntrường thể hiện rõ có cái thì từ trường thể hiện rõ hơn

Trường điện từ là một trường vật lý đặc biệt có năng lượng và độnglượng.Mặt khác vì trường điện từ nó tác dụng động lực học lên các hạt mang điệnbởi các lực phụ thuộc vào vị trí,vận tốc.Vì vậy có thể coi trường điện từ chính làmột trường véctơ được biểu diển bởi các véctơ trạng thái:

2.1.2 Các đại lượng đặc trưng của trường điện từ

a Véc tơ cường độ điện trường E

Trường điện từ là do các hạt đứng yên hoặc chuyển động sinh ra Xét về mặtđiện trường người ta đưa ra biến trạng thái E nó đặc trưng cho điện trường, nó nói lên tác dụng lực của trường lên điện tích đứng yên, có biểu thức là:

⃗𝐸⃗⃗→= 𝐹→𝐸

𝑞

(2.3)

Vậy E là lực trường điện từ tác dụng lên điện tích có giá trị là +1 Culông đặt trong điện trường.

b Véc tơ cảm ứng từ b

Từ trường do các hạt điện chuyển động sinh ra, do đó để đặ trưng cho từ trường người ta đưa ra biến trạng thái B, nó đặc trưng cho tác dụng lực của từ trường lên các điện tích chuyển động Ngoài ra từ trường còn do dòng điện sinh ra,theo định luật Biôxava ta co biểu thức như sau:

⃗𝑑⃗⃗𝐵⃗→ = 𝜇0 𝐼

(⃗𝑑⃗⃗→𝑙 ∧ 𝑅⃗→0) (2.4)

4𝜋𝑅3

Trong đó: R là khoảng cách từ điểm tính trường có từ cảm B tới dòng điện I

R0 là véctơ đơn vị khoảng cách của R

𝜇0 = 4 𝜋 10−7

𝑚

2.1.3 Tính chất tương đối giữa E và B

Như đã nói ở trên thì điện trường và từ trường chỉ là hai mặt cụ thể củatrường điện từ ở trong hệ quy chiếu mà chúng ta khảo sát.Như vậy điện trường và

từ trường chỉ là những thể hiện tương đối của trường điện từ.Nó tương đối như hệquy chiếu mà chúng thể hiện và xác định.Việc thể hiện riêng rẽ diện trường và từtrường trong hệ quy chiếu quàn tính chỉ là cá biệt mà sự tồn tại và vận động củatrường điện từ là thống nhất,là tuyệt đối,có tính phổ biến và không thể chia cắt

2.1.4 Véc tơ cường độ từ trường H

Trong các chất từ môi có các dòng nội phân tử dưới tác dụng của từ trườngngoài chúng sắp xếp lại tạo ra hiện tượng phân cực từ trong chất từ môi Do đó ởtrong chân không thì véctơ B đủ để mô tả trạng thái của từ trường còn trong chất từmôi thì chúng ta phải tính tới ảnh hưởng của nó lên từ trường.Vì vậy người ta đưa

ra biến trạng thái véctơ cường độ từ trường H để mô tả từ trường trong các môitrường vật chất khác

Với μR là độ từ thẩm tương đối của môi trường từ môi.

𝜇 = 𝜇0 𝜇𝑅 là độ thẩm từ tuyệt đối của môi trường từ môi

R được gọi là các thông số hành vi của môi trường từ môi.Các thông số hành

vi này mô tả năng lực phân cực từ của từ môi dưới tác dụng của từ trường ⃗H→

2.2 Phân cực từ

"Phân cực từ" dùng để chỉ sự sắp xếp thẳng hàng hoặc định hướng lại củacác lưỡng cực từ trong vật liệu khi có từ trường bên ngoài Khi một vật liệu từ tínhchịu tác động của từ trường bên ngoài, các lưỡng cực từ riêng lẻ bên trong vật liệu

có xu hướng tự sắp xếp theo hướng của từ trường ứng dụng Sự liên kết này dẫnđến việc tạo ra mô men từ vĩ mô trong vật liệu, dẫn đến hiện tượng từ hóa của nó

Sự phân cực từ của vật liệu thường được mô tả bằng từ hóa (M), biểu thịmômen lưỡng cực từ trên một đơn vị thể tích Mối quan hệ giữa độ phân cực từ,cường độ từ trường và độ nhạy có thể được biểu thị qua công thức sau:

trưng cho việc vật liệu có thể bị từ hóa dễ dàng như thế nào khi phản ứng với một

từ trường tác dụng Cường độ từ trường (H) biểu thị cường độ của từ trường bênngoài tác dụng lên vật liệu Công thức này giả định hành vi tuyến tính, nghĩa là từhóa tỷ lệ thuận với cường độ từ trường bên trong vật liệu Đối với các vật liệu thểhiện hành vi từ tính tuyến tính, độ nhạy từ là một giá trị không đổi Điều quan trọngcần lưu ý là độ nhạy từ có thể dương hoặc âm Độ nhạy dương biểu thị rằng vật liệu

bị từ hóa theo cùng hướng với trường ứng dụng (hành vi thuận từ), trong khi độnhạy âm biểu thị sự liên kết ngược lại (hành vi nghịch từ) Trong một số vật liệunhất định, đặc biệt là vật liệu sắt từ, mối quan hệ giữa M và H có thể trở nên phituyến Công thức này cung cấp sự hiểu biết cơ bản về cách vật liệu phản ứng với từtrường tác dụng và là nền tảng trong việc mô tả tính chất từ của các chất khác nhau

2.3 Tương tác lưỡng cực từ - lưỡng cực

Tương tác lưỡng cực từ-lưỡng cực từ, thường được biểu diễn dưới dạng thế năng (U) giữa hai lưỡng cực từ, có thể được mô tả toán học bằng công thức sau:

Biểu thức thế năng này được suy ra dựa trên sự tương tác giữa mômen từcủa hai lưỡng cực Số hạng m1⋅m2 biểu thị sự thẳng hàng hoặc lệch trục của mômen từ, trong khi các số hạng liên quan đến r biểu thị sự định hướng của các lưỡngcực so với vectơ phân tách của chúng Điều quan trọng cần lưu ý là công thức nàygiả định các lưỡng cực là các lưỡng cực điểm, nghĩa là chúng rất nhỏ so với khoảngcách giữa chúng Ngoài ra, công thức này áp dụng cho tương tác lưỡng cực từ-lưỡng cực trong không gian tự do và là một mô hình đơn giản hóa có thể khôngnắm bắt được đầy đủ sự phức tạp của vật liệu có cấu trúc từ tính phức tạp hơn

Trong thực tế, tương tác lưỡng cực từ-lưỡng cực chỉ là một thành phần của tương tác từ tổng thể trong vật liệu, nó cũng có thể liên quan đến sự đóng góp từ từ trường bên ngoài, tương tác trao đổi và tương tác lưỡng cực, tùy thuộc vào đặc tính

cụ thể của vật liệu Tương tác lương cực từ - lưỡng cực được tính từ đạo hàm thế năng, nghĩa là lực hướng theo hướng tăng mạnh nhất của thế năng

𝑟5 là lũy thừa bậc năm của khoảng cách Lực là một vectơ và hướng của lực dọctheo vectơ phân cách r

CHƯƠNG 3 TỔNG QUAN VẬT LIỆU TỪ 3.1 Khái niệm chung về tính chất từ của vật liệu từ tính

Nguyên nhân chủ yếu gây nên tình trạng của vật liệu là do các ảnh hưởngcủa các ảnh hưởng từ các ổn định chuyển động theo quy luật áo kế tạo nên nhữngđộng điện tử Qúa trình hấp thụ là sự quay của các ổn định quanh trục của chúng -spin của các ổn định tỉ xung quanh trước của chúng và sự quay theo quy luật áo củacác ổn định tỉ xung quanh trục của chúng trong nguyên tử.Hiện tượng sắt từ: dotrong một số vật liệu ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ Quyri đã phân sẵn thành nhữngvùng vĩ mô mà trong từng vùng ấy các spin điện tử đều định hướng song song vớinhau (phân cực tự nhiên) Các vùng ấy gọi là đômen từ

- Tính chất đặc trưng cho trạng thái sắt từ là có độ nhiễm từ tự phát ngay khikhông có từ trường ngoài

- Các chất sắt từ đơn tinh thể có khả năng từ hóa dị hướng - theo các trục khácnhau, mức từ hóa khó hay dễ cũng khác nhau

Hình 3.1 Hướng từ hóa dễ và khó trong đơn tinh thể a) Sắt; b) Niken; c) Coban.

Nhận xét:

- Đơn tinh thể sắt:

nhất

+ Hướng khó nhất là đường chéo.

- Ô mạng Niken: hướng dọc theo cạnh khối lập phương là hướng khó từ hóa

- Quá trình từ hóa vật liệu sắt từ dưới ảnh hưởng của từ trường ngoài gồm các

hiện tượng sau:

- Tăng thể tích của các đômen có mômen từ tạo với hướng từ trường gócnhỏ nhất và giảm kích thước của các đômen khác (quá trình chuyển dịch mặt phâncách của các đômen)

- Quay các vecto momen từ hóa theo hướng từ trường ngoài (quá trình địnhhướng)

- Khi thể tích các đômen không tăng được nữa và mômen từ của tất cả cácmiền vi mô đã trùng với hướng của từ trường là lúc bão hòa

+ Hiện tượng từ giảo: là hiện tượng kích thước sắt từ thay đổi khi từ hóachúng

+ Quá trình từ hóa vật liệu sắt từ có thể đặc trưng bằng đường cong từ hóa B

Hình 3.2 Đường cong từ hóa (a)và độ từ thẩm 𝝁 (b)

Hình 3.3 Quan hệ μ vật liệu sắt từ với nhiệt độ

𝜇 phụ thuộc vào nhiệt độ

Nhận xét :

- 𝜇 đạt giá trị lớn nhất tại nhiệt độ gần điểm Quyri

- Khi t > t Quyri: : các vùng từ hóa tự phát bị phá hủy do chuyển động nhiệt =

=> Ta có đường cong kín đặc trưng cho trình trạng từ hóa của mẫu - vòng

từ trễ của chu trình từ hóa

Hình 3.4 Các vòng từ trễ ứng với các giá trị giới hạn cường độ từ

trường khác nhau

max

Hình 3.5 Đường cong từ hóa ban đầu và vòng từ trễ giới hạn của vật liệu sắt từ

Quá trình từ hóa lại vật liệu sắt từ trong từ trường biến đổi bao giờ cũng có tổn hao năng lượng dưới dạng nhiệt do tổn hao từ trễ và tổn hao động học:

Trong đó: 𝜂 - hệ số phụ thuộc vào vật liệu

Bmax - cảm ứng từ lớn nhất đạt được trong 1 chu kỳ n - số mũ, n = 1,6-2

+ Công suất tổn hao từ trễ:

Trong đó: f - tần số dòng điện

V - thể tích chất sắt từ+ Công suất tổn hao dòng diện xuáy:

Để giảm thiểu tổn thất do dòng điện xoay chiều trong các mạch từ của máybiến áp, các loại thép thường được phủ một lớp vật liệu từ mềm có tính năng chốnglại dòng điện rò rỉ làm giảm tổn thất điện năng

Tính chất ưu việt của

sắt tinh khiêt nhất được

ủ trong hiđro

5

3.2.2 Thép:

- Là vật liệu từ mềm được sử dụng rộng rãi nhất

-Việc tăng hàm lượng Si làm tăng độ dẫn từ của nó và cũng làm giảm tổnthất dòng xoáy Đồng thời làm tăng độ bền cơ bản và giảm lực kháng từ và tổn thấtnăng lượng do từ trễ

-Mất ẫm và ẫm trừ suất của thép ẫm phụ thuộc vào thành phần Si

Bảng 3.2 Sự phụ thuộc của khối lượng riêng và điện trở suất thép lá kỹ thuật điện vào hàm lượng silic

Mã thép Hợp kim hóa théo với

Si

Hàm lượngSi,%

Khối lượngriêng(Mg/m3)

Cường độ kéo

(W.mm2/m)

-Tấm thép thành phần Si cao được dùng cho các lõi máy biến áp (tôn silic).

- Thép có thớ dị hướng được dùng để chế tạo lõi thép cuốn của máy biến áp

- Giảm trọng lượng và kích thước máy biến áp (20-25%)

- Tiêu chuẩn cơ bản của thép kỹ thuật ẫm

+ Cường độ từ trường B (A/cm)

+ Tổng suất tổn hao công suất dòng điện xoay chiều tính bằng W trên 1 kg thép đặt trong từ trường xoay chiều, ký hiệu P với con số ở dạng phân số:

+ Tử số: giá trị biên độ cảm ứng từ tính thép kilogram

+ Mẫu số: tần số (Hz)

Bảng 3.3 Giá trị giưới hạn cảm ứng từ và suất tổn hao thép ktd

Nhãn hiệu thép Dày

B25-B300k.gaus, không nhỏhơn

P10/50-P15/50W/kg, khônglớn hơn

B5-B25

kgaus,khôngnhỏhơn

P10/400W/kg,không lớnhơn11- 43A

Bảng 3.4 Giá trị cảm ứng từ của một số loại thép kỹ thuật

Nhãn hiệu thép Dày, mm

B0,002-B0,009gaus, không nhỏ hơn

B0,1-B10gaus, không nhỏhơn

+Năng lượng từ trường của nam châm vĩnh cửu toả ra không gian

- Âm thâm từ của nam châm vĩnh cửu cao hơn nam châm mềm, lực kháng từcàng cao thì âm thâm từ càng thấp

3.3.1 Thép hợp kim hóa , được tôi đến trạng thái mactenxit:

-Là vật liệu rẻ nhất và sẵn có để sản xuất các nam châm vĩnh cửu Nó là hợpkim của vonfram, crom, molypden và cobalt

Hợp kim austemper:

-Là hợp kim có 3 nguyên tố Al-Ni-Fe gọi là Aluni

-Có năng lượng từ lớn.

-Cobalt và silic được thêm vào hợp kim này làm tăng tính từ cứng:

alunico, alunisi

-Tính chất từ cứng phụ thuộc vào cấu trúc tinh thể và cấu trúc từ

- Tất cả các vật liệu từ cứng đạt được tính chất từ tốt khi có sự biến dạngmạng tinh thể lớn

Nhược điểm:

- Khó chế tạo các chi tiết có kích thước chính xác

- Do hợp kim giòn và cứng nên chỉ có thể gia công bằng phương phápmài Nam châm bột :

- Vì hợp kim đúc sắt-niken-nhôm không thể chế tạo sản phẩm nhỏ có kíchthước chính xác để chế tạo nam châm vĩnh cửu bằng phương pháp luyện kim bột

Có 2 loại:

- Nam châm bột kim loại gốm: chế tạo bằng cách ép bột nghiền từ các hợpkim từ cứng, sau đó thiêu kết ở nhiệt độ cao tương tự quá trình nung gốm, các chitiết nhỏ có kích thước tương đối chính xác, không cần gia công thêm

- Nam châm bột có các hạt gắn bằng chất kết dính: chế tạo giống ép các chitiết chất dẻo nhưng chất độn ở đây nghiền từ hợp kim cứng

- Độ bền cơ thấp, độ dòn lớn, tính chất từ phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ.

- Sau khi được làm lạnh từ nhiệt độ phòng đến nhiệt độ thấp (-60℃) rồi lại làm nóng đến nhiệt độ ban đầu, nó có tính chất từ không thuận nghịch

CHƯƠNG 4 TÍNH CHẤT CƠ HỌC CỦA VẬT LIỆU TỪ BIẾN MRE 4.1 Vật liệu từ biến MRE dưới các cấu trúc hạt sắt khác nhau

Trong nghiên cứu này, ba mẫu MRE với có các chuỗi hạt được từ hóa cógóc nghiêng so với hướng của trường từ trường, bao gồm 00, 300, và 600, đã đượcthiết lập Quá trình thiết lập mẫu được thể hiện trong Hình 1.1 Nguyên liệu baogồm các hạt sắt (kích thước 20μm, 30% thể tích, BASF SG-BH), cao su lưu hóa ởnhiệt độ phòng (chiếm 68% thể tích) và dầu silicone (2% thể tích) Các nguyên liệunày được trộn và đặt vào máy trộn ly tâm để tạo ra một hỗn hợp đồng nhất trongvòng 10 phút Sau đó, hỗn hợp được đặt vào một buồng hút chân không để loại bỏcác bong bóng khí bên trong vật liệu trong khoảng 20 phút Hỗn hợp sau đó được

đổ vào khuôn nhựa Quá trình lưu hóa được thực hiện dưới một trường từ trường có

độ mạnh là 0,5 T trong vòng 24 giờ Khuôn có các lòng khuôn với các góc nghiêngkhác nhau để phần vuông góc với bề mặt khuôn tạo ra góc nghiêng 00, 300, và 600

tương ứng với ba mẫu MRE Các mẫu đặt tên là S0, S30 và S60 tương ứng với cácchuỗi hạt có góc nghiêng 00, 300, và 600

Các yếu tố ảnh hưởng đến sự hình thành chuỗi hạt, bao gồm như thể tích hạt(chiếm 30%), cường độ từ trường được sử dụng trong quá trình từ hóa (0,5 T), thờigian lưu hóa 24 giờ và tỷ lệ dầu silicone (có tác dụng như là môi chất bề mặt-chiếm 2% thể tích) Giả định rằng các chuỗi đã được hình thành theo hướng củacác đường sức từ trong quá trình lưu hóa Phản ứng của các hạt sắt dưới sự tác độngcủa một trường từ trường tuân theo lý thuyết từ trường từ trường hạt Các tính chất

cơ học của các mẫu MRE (S0, S30 và S60) đã được thực hiện trong điều kiệnkhông có mật độ dòng từ trường và có mật độ dòng từ trường Các mẫu MRE, với

tỷ lệ thể tích hạt giống nhau và góc nghiêng chuỗi hạt khác nhau đối với hướng từtrường, đã được thử nghiệm về tính chất cơ học Kết quả thử nghiệm cho thấy rằngcác mẫu MRE có các giá trị tính chất cơ học giống nhau khi không được lưu hóadưới từ trường Khi được lưu hóa dưới từ trường với mật độ từ thông nhất định, cácmẫu MRE có các giá