بررسي اثر تغيير مدول يانگ بر روي فركانس رزونانس و شكل مد ترانسديوسرهاي دگررسان مغناطيسي ترفنل-دي

Study of young modulus change effect on resonance frequency and mode shape of magnetostrictive Terfenol-D transducer

در ترانسديوسر دگررسان مغناطيسي، مدول يانگ هسته فرومغناطيس در مواجهه با تغيير سطح مغناطيسي آن‌، تغيير مي‌كند. اين تغيير براي هسته ترفنل-دي بيشترين مقدار را دارد. تغيير مدول يانگ، سبب تغيير فركانس رزونانس و شكل مد ترانسديوسر مي‌شود. اين مقاله به مطالعه اين اثر در ترانسديوسر با هسته ترفنل-دي پرداخته است. بدين منظور ترانسديوسر دگررسان مغناطيسي با ماده ترفنل-دي طراحي و ساخته شده است. نقاط گره طراحي ترانسديوسر، محل اعمال مكانيزم‌هاي پيش‌تنش در نظر گرفته شده است. اثر تغيير مدول يانگ بر فركانس رزونانس و شكل مد در محدوده كاري ترانسديوسر به صورت تحليلي و نيز با استفاده از نرم‌افزار المان محدود انسيس بررسي شده است. محدوده تغيير فركانس رزونانس براي مد اول حدود1000 هرتز و براي مد دوم حدود 100 هرتز به دست آمد. شكل مد اثر بسيار محدودي از تغيير مدول يانگ مي‌‌پذيرد. در ميدان مغناطيسي باياس 40 كيلو آمپر بر متر، نتايج تحليلي و المان محدود در مورد فركانس رزونانس، با نتايج تجربي راستي آزمايي شده است. فركانس رزونانس در اين ميدان باياس براي مد اول 3100 هرتز و براي مد دوم 8252 هرتز بوده كه نزديكي قابل قبولي به مقادير ناشي از حل تحليلي و المان محدود دارد. نتايج نشان مي‌دهد كه طراحي در مد دوم، از نظركاهش اختلال تغيير مدول يانگ در رفتار ارتعاشي ترانسديوسر مزيت دارد.

In giant magnetostrictive transducer, Young modulus of the core considerably alters with changing its magnetic level. Young modulus change in Terfenol-D core has the highest value. This effect changes the resonance frequency and mode shapes of the transducer. This subject in Terfenol-D resonance transducer is studied in this paper. For this purpose, a resonance Terfenol-D transducer has been designed and fabricated. Node locations in the transducer are considered to add pre-load and bias mechanisms. Effect of Young modulus change on resonance frequency and mode shape were studied both analytically and by ANSYS FEM software. Range of resonance frequency change in the first mode is 1000 Hz and in the second mode is 100 HZ. Mode shapes changes are limited for both modes. In 40kA/m magnetic field bias, results from analytical and FEM simulation were verified with experimental results. Resonance frequency in this bias is 3100 Hz for the first mode and 8252 Hz for the second mode. Results have acceptable agreement with experimental results. Moreover, in this bias magnetic field, impedance responses between first and second modes are compared. Results show that selecting second mode is preferable for reducing disturbance of Young Modulus change on vibrational behavior.