Caracterização de materiais magnetoestrictivos gigantes sob estresse estático: influência das condições de contorno de carga

Os materiais magnetoestrictivos gigantes (GMM) podem ser integrados em aplicações de atuadores ou sensores. O projeto desses sistemas é otimizado com base em um bom conhecimento das propriedades do material e condições de uso. O Terfenol-D apresenta a maior deformação à temperatura ambiente entre os GMM comercialmente disponíveis, no entanto, seu comportamento magneto-elástico é muito sensível ao nível de pré-estresse. Neste trabalho, é descrito o projeto de um arranjo experimental dedicado à caracterização do comportamento magneto-mecânico dos GMM sob estresse constante. Uma grande dificuldade é dominar as condições de contorno mecânico enquanto a amostra está sujeita a carregamento magnético dinâmico. O estresse dinâmico experimentado pela amostra está conectado à magnitude da deformação magnetoestrictiva, à rigidez da amostra e à rigidez do arranjo de caracterização. Os resultados mostram que um arranjo apropriado é capaz de reduzir as variações de estresse dinâmico induzidas por variações de excitação magnética abaixo de 0,1 MPa, enquanto esse estresse dinâmico pode alcançar até 20 vezes a magnitude do estresse aplicado quando o sistema de controle não é utilizado. Com as condições de contorno sendo controladas, o comportamento magnético e magnetoestrictivo do Terfenol-D é caracterizado sob vários níveis de estresse compressivo uniaxial, desde as condições livres de estresse até 90 MPa. Ao comparar os resultados obtidos em condições de estresse controladas e não controladas, é mostrado que condições de contorno não controladas podem ser responsáveis por erros de vários por cento na medição da indução magnética. A medição de deformação é ainda mais sensível às condições de contorno, com erros de até 40% e 30% nas deformações longitudinal e transversal, respectivamente. Este trabalho destaca a extrema importância de controlar as condições de contorno para caracterizar o comportamento magneto-mecânico dos GMM.