Введение к работе
Актуальность темы. Одной из особенностей ферромагнитных материалов является значительно большее затухание в них механических колебаний по сравнению с диа - и парамагнетиками. Вследствие теоретической и практической валкости магнитным потерям различных видов пос-вящено большое число работ. Однако, описание диссипации энергии в І ?рромагнетиках наталкивается на целый ряд затруднений. Очень мало работ посвящено изучению влияния на диссипативные свойства ферромагнетиков больших механически напряжений. Практически не исследовано влияниэ магнитного поля на микровихревые токи. Это вызвано в основном двумя факторами.
-
Очень трудно выделить тот или иной вид магнитных потерь из регистрируемых на опыте.
-
Аналитическое решение уравнений, получающихся при рассмотрении магнитных потерь в больиих упругих и магнитных полях, невозможно и авторы ограничиваются лишь оценками.
Большинство работ, посвященных исследованию потерь на микро-, вихревые токи, основано на использовании формальных реологических моделей и поэтому остается невыясненной зависимость диссипации энергии данного вида от внешних воздействий и структурного состояния системы.
Несомненный самостоятельный интерес представляет изучение влияния на магнетики сдвиговых напряжений, соизмеримых с пределом текучести. Р этом случае возникает затрудняющее описание магнитных потерь изменение знача (самообращение) намагниченности,впервые установленное для никеля . В дальнейшем дачное явление было обнаружено и на других ферромагнитных металлах - кобальте и железе. Достаточно последовательная теория этого явления еще не создана.
Больной интерес представляет количественное г "«смотрение вклада 180-градусных доменных границ в ми'нитоупругов затухание,связанное с самообрадением намагниченности. Вознгхновение потерь в такой исходной системе было установлено экспериментально Родионовым А.А. и др.Однако теоретическое описание данного явления отсутствует.
Нереализованные возможности при рассмотрении всех этих вопросов имеются в применении ЭВМ. Действительно, при псмоез» кемгазте-ров мсяно ренать с заданной точностью задачи, которые не пс^дазтея ан&читичесмому описаним. Кроме того,быстродействие и высокое мате-
матическое обеспечение современных вычислительных машин позволяют применять в каждом конкретном случае оптимальные численные методы. Пель и задачи исследования. С учетом ситуации, сложившейся в данной проблеме была поставлена цель : Разработка методики расчета магнитных потерь в ферромагнетиках как в области линейного отклика, тач и при наложении-больших знакопеременных напряжений, приводящих к оркентационному фазовому переходу ( самсобращению намагниченности ).
С учетом этого в работе ставились и решались следующие задачи, связанные с перестройкой доменной структуры в ферромагнетиках под влиянием знакопеременных напряжений и магнитных полей.
- і.Рассмотреть возможность самообращения намагниченности в одно-, трех- к четырехосных ферромагнетиках. Провести с помощью ЗЕМ по разработанной методике расчеты зависимости намагниченности от сдвиговых знакопеременных напряжений, предыстории системы и сравнить их с экспео!«ментальными данными.
2. Используя термодинамический подход, исследовать потери на мккроЕкхреаые токи в ферромагнитных поли-и монокристаллических обр-аз цах. Установить зависимость данных потерь от амплитуды внешних напряжений, частоты колебаний образца и напряженности магнитного поля. В работе ставилась задача выполнения численных- расчетов потерь ка микровихревые токи в широком диапазоне напряжений, напряженности магнитного поля и ориентации доменов' относительно приложенных полей. Кроме того, необходимо било рассмотреть вклад в потери, сзязанные с .процессами врадения векторов спонтанной намагниченности, не только шкровихрерых токов, но и спиновой вязкости н радиационного трения.
3..Изучить особенности магнитоупругого затухания при больших амплитудных значениях напряжений.Оценить согласованный вклад'в него смешений доменных границ и обратимых вращений векторов намагниченности для системы 00-градусных доменных границ,, влияние на зтот вид потерь магнитной анизотропии и т.д.
4. Рассмотреть количественно возможность возникновения магнитоупругого затухания в первоначальной системе 180-градусных доменній границ, при наложении на исследуемую систему магнитного и упругого полей.
Научные положения и результаты, выносимые на зашиту. Исследования по данной теме привели к разработке новых' положений:
-
Модель возникновения потерь на микровихревые токи, которая объясняет появление максимума зависимости их от напряженности ма> нитного поля, амплитуды механических напряжений и описывает частотную и ориентационную зависимость этих потерь.
-
Метод учета влияния предыстории магнетика и его анизотропии на микровихревые потери в области линейного и нелинейного отклика системы.
-
Теоретическое описание механического гистерезиса намагниченности в монокристаллах железа и никеля, качественно согласующееся с экспериментальными результатами.
-
Методика расчета магнктоупругсго затухания с одновременным учетом смещения 90- градусных дсменикх границ и обратимых зранений векторов намагниченности Is.
-
Модель,ооъяснякщзя возникновение магнитоупругого затухания в первоначальной системе со 180 - градусными доменними границами.
-
Учет.влияния магнитной анизотропии системы на соотношение вкладов в магнитоупругое затухание процессов обратимых и несбрати-> май вращении векторов Is, а также смещений дсмменных границ.
'Научная новизна.
1. В диссертации на основе термодинамического подхода впер -вне дано объяснение изменения знака намагниченности при наложении упругих полей для различных классических ферромагнетиков. Получек-ные соотношения позволили объяснить гистерэзиенсе изменение намагниченности при наложении на магнетик знакопеременного сдвигового напряжения.
. 2. Впервые на сеиезе нефеяомеколегпческего подхода изучена, связанная с процессами вращения векторов млгниченности, зависимость потерь на микровнхревке токи от амплитуды упруга напряжений, частоты и аре"истерии материала. Рассмотрено влігчие внутренних напряжений и текстуры образца на этот вид диссипации энергии.
3. Теоретически показано, что зависимосг микрові-рзвих потерь от магнитного доли имеет максимум, коррелирующий с экспериментам ныма данными. Характер полученных зависимостей позволяет выделить потери на миоовихревио токи из оуммарпщ магнитных потерь, ртистристрируемых на опыте.
4 На основе статистической теории, разработанной А.А. Родионовым и др. впервые рассчитана с псуоф» сБМ амплитудная эазиложзсть : ігнитоупр. гого затухания з области напряжений, при когорт проис-
ходит самообращение намагниченности. Установлено, что эта зависимость имеет два максимума. Предложена интерпретация двойных амплитудных максимумов и вклад в них обратимых вращений векторов Is. Впервые показано, что практически независимо от величин констант магнитной анизотропии обратимые вращения дают малый вклад в магни-тоупругое затухание.
5. Предложена модель, позволяющая объяснить возникновение потерь на магнитоупругий гистерезис в исходной системе 180-градусных границ. Показана существенность вклада в магнитоупругое затухание 180-градусных доменных границ даже в магнитном поле порядка поля Земли.
Практическая значимость. Изучение самообращения намагниченности представляет интерес в лабораторных исследованиях и перспективно для практики, например, при создании датчиков слабых магнитных полей, выявления текстуры и определения ориентации кристаллов, для использования мр^нитоструктурной памяти.
Практическую ценность имеет выявление закономерностей изменения мккровихревых потерь в полях внешних воздействий, особенностей неупругого поведения система 160-градусных доменных границ в слабых магнитных полях. Представляют интерес для лабораторных и практических целей предложенные методы интерпретации выявленных закономерностей и малинного моделирования соответствующих им процессов. Апробация работы. Результаты отдельных этапов исследования докладывались на 17 Всесоюзной конференции по физике магнитных явлений (Донецк, 1S85 г.),-на семинаре Физико -технического института АН Беларусии (Минск, 1986 г.), а также на елегодных научных конференциях КГТУ.
Работа выполнена в Курском государственном техническом университете в соответствии с координационным планом АН СССР на 1931-19S5, 1Q86 - 1990 г.г. в области естественных наук по физике твердого тела по направлению 1.3.5.2.
Публикации. Результаты исследований представленных в диссертации, спубликсвздш в 1? работах, в том числе более половины из них в веду сих отечественных изданиях. В совместных работах ?втср разраба-тывал модели и механизмы изучаемых процессов, составил программы мзхганкх расчетов и реализовал их на ЭВМ.
Структура и обгем работы. Диссертация состоит из введеній, четырех глаз, заключения и приложения, изложенных на 151 странице машино-
писного текста, включая 34 рисунка,перечень используемой литературы, состоящий из 169 наименований. Первая глава обзорная, зо второй глазе изложены результаты исследований по ориентационнкм фазовым переходам в классических ферромагнетиках. В тетьей глазе рассматриваются закономерности потерь на микровихревые токи з области линейного и нелинейного отклика системы, в четвертой -описано маг-нитоупругое затухание в магнетиках с 90 ДГ и в первоначальной системе 180 доменных границ. В приложении рассмотрены численные методы, использовавшиеся при машинных расчетах.
