Нестійкість та збурення коливань при індукованому магнітним полем орієнтаційному магнітному фазовому переході у фізичному маятнику
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe69.9.684Ключові слова:
магнiтний маятник, власна частота, орiєнтацiйний магнiтний фазовий перехiд, параметричний резонанс, вимушенi коливанняАнотація
Розглянуто ефекти нелiнiйного впливу намагнiчування та магнiтного фазового переходу на стiйкiсть та динамiку маятника, виготовленого з магнiтом’якого феромагнетика, який має форму балки, поздовжнiй розмiр якої набагато бiльший за її поперечнi розмiри. Показано, що намагнiчування маятника впливає на стiйкiсть та може призвести до критичної змiни рiвноваги маятника в перпендикулярному (поперечному) до маятника магнiтному полi. В критичному полi вiдбувається втрата жорсткостi коливальної системи, а частота власних механiчних коливань маятника прямує до нуля. Критичний характер впливу магнiтного поля на маятник пов’язаний iз iндукованим магнiтним полем орiєнтацiйним магнiтним фазовим переходом у феромагнетику маятника, який супроводжується змiною симетрiї його магнiтного стану. Змiнне магнiтне поле, додане до стацiонарного магнiтного поля, iндукує вимушенi механiчнi коливання маятника за умови, що стацiонарне поле бiльше за порогову величину. Коли стацiонарне поле менше вiд критичного, то змiнне магнiтне поле може спричинити параметричний резонанс механiчних коливань маятника.
Посилання
T. Boeck, S.L. Sanjari, T. Becker. Parametric instability of a magnetic pendulum in the presence of a vibrating conducting plate. Nonlinear Dyn. 102, 2039 (2020).
https://doi.org/10.1007/s11071-020-06054-y
K. Polczynski, S. Skurativskyi, M. Bednarek, J. Awrejcewicz. Nonlinear oscillations of coupled pendulums subjected to an external magnetic stimulus. Mech. Syst. Signal. Pr. 154, 107560 (2021).
https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2020.107560
V. Tran, E. Brost, M. Johnston, J. Jalkio. Predicting the behavior of a chaotic pendulum with a variable interaction potential. Chaos 23, 033103 (2013).
https://doi.org/10.1063/1.4812721
M. Wojna, A. Wijata, G. Wasilewski, J. Awrejcewicz. Numerical and experimental study of a double physical pendulum with magnetic interaction. J. Sound Vib. 430, 214 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.jsv.2018.05.032
B. Nana, K. Polczynski, P. Woafo, J. Awrejcewicz, G. Wasilewski. Analysis of the nonlinear dynamics of a single pendulum driven by a magnetic field using the magnetic charges interaction model and the experimentally fitted interaction model. Mech. Syst. Signal. Pr. 209, 111114 (2024).
https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2024.111114
A. Siahmakoun, V.A. French, J. Patterson. Nonlinear dynamics of a sinusoidally driven pendulum in a repulsive magnetic field, Am. J. Phys. 65, 393 (1997).
https://doi.org/10.1119/1.18546
A. Wijata, K. Polczynski, J. Awrejcewicz. Theoretical and numerical analysis of regular one-side oscillations in a single pendulum system driven by a magnetic field. Mech. Syst. Signal. Pr. 150, 107229 (2021).
https://doi.org/10.1016/j.ymssp.2020.107229
Y. Uzun, E. Kurt, H.H. Kurt. Explorations of displacement and velocity nonlinearities and their effects to power of a magnetically-excited piezoelectric pendulum. Sensor. Actuat. A 224, 119 (2015).
https://doi.org/10.1016/j.sna.2015.01.033
M.I. Gonzalez, A. Bol. Controlled damping of a physical pendulum: experiments near critical conditions. Eur. J. Phys. 27, 257 (2006).
https://doi.org/10.1088/0143-0807/27/2/008
H. Horner, C.M. Varma. Nature of spin-reorientation transitions. Phys. Rev. Lett. 20, 845 (1968).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.20.845
L.D. Landau, E.M. Lifshitz. Electrodynamics of Continuous Media (Pergamon Press, 1984).
https://doi.org/10.1016/B978-0-08-030275-1.50007-2
E.C. Stoner, E.P. Wohlfarth. A mechanism of magnetic hysteresis in heterogeneous alloys. Philos. Trans. R. Soc. Lond. 240, 599 (1948).
https://doi.org/10.1098/rsta.1948.0007
H. Thomas. Phase transitions in a uniaxial ferromagnet. Phys. Rev. 187, 630 (1969).
https://doi.org/10.1103/PhysRev.187.630
V.M. Kalita, I.M. Ivanova, V.M. Loktev. Quantum effects of magnetization of an easy-axis ferromagnet with S = 1. Theor. Math. Phys. 173, 1620 (2012).
https://doi.org/10.1007/s11232-012-0136-0
C. Kittel. Ferromagnetic resonance. J. Phys. Radium 12, 291 (1951).
https://doi.org/10.1051/jphysrad:01951001203029100
J.-M. Beaujour, D. Ravelosona, I. Tudosa, E. Fullerton, A.D. Kent. Ferromagnetic resonance linewidth in ultrathin films with perpendicular magnetic anisotropy. Phys. Rev. B 80, 180415 (2009).
https://doi.org/10.1103/PhysRevB.80.180415
E. Mancini, F. Pressacco, M. Haertinger, E.E. Fullerton, T. Suzuki, G. Woltersdorf, C.H. Back. Magnetic phase transition in iron-rhodium thin films probed by ferromagnetic resonance. J. Phys. D 46, 245302 (2013).
https://doi.org/10.1088/0022-3727/46/24/245302
C. Bihler, H. Huebl, M.S. Brandt, S.T. Goennenwein, M. Reinwald, U. Wurstbauer, M. Doppe, D. Weiss, W. Wegscheider. Magnetic anisotropy of Ga1−xMnxAs thin films on GaAs (311)A probed by ferromagnetic resonance. Appl. Phys. Lett. 89, 012507 (2006).
https://doi.org/10.1063/1.2219408
F.C. Moon, Y.-H. Pao. Magnetorheological effect in elastomers containing uniaxial ferromagnetic particles. J. Appl. Mech. 35, 53 (1968).
K. Yu, N. X. Fang, G. Huang, Q. Wang. Magnetoactive acoustic metamaterials. Adv. Mater. 30, 1706348 (2018).
https://doi.org/10.1002/adma.201706348
M. Schrodner, G. Pflug. Magnetomechanical properties of composites and fibers made from thermoplastic elastomers (TPE) and carbonyl iron powder (CIP). J. Magn. Magn. Mater. 454, 258 (2018).
https://doi.org/10.1016/j.jmmm.2018.01.053
Y. Liu, S. Chen, X. Tan, C. Cao. A finite element framework for magneto-actuated large deformation and instability of slender magneto-active elastomers. Int. J. Appl. Mech. 12, 2050013 (2020).
https://doi.org/10.1142/S1758825120500131
Y.L. Raikher, O.V. Stolbov, G.V. Stepanov. Shape instability of a magnetic elastomer membrane. J. Phys. D 41, 152002 (2008).
https://doi.org/10.1088/0022-3727/41/15/152002
F. Gerbal, Y. Wang, F. Lyonnet, J.-C. Bacri. A refined theory of magnetoelastic buckling matches experiments with ferromagnetic and superparamagnetic rods. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 112, 7135 (2015).
https://doi.org/10.1073/pnas.1422534112
V.M. Kalita, Y.I. Dzhezherya, S.V. Cherepov, Y.B. Skirta, A.V. Bodnaruk, G.G. Levchenko. Smart Mater. Struct. 30, 025020 (2021).
https://doi.org/10.1088/1361-665X/abd58c
V.M. Kalita, Yu.I. Dzhezherya, S.V. Cherepov, Yu.B. Skirta, A.V. Bodnaruk, S.M. Ryabchenko. Spontaneous change of symmetry in a magnetoactive elastomer beam at its critical bending induced by a magnetic field, Smart Mater. Struct. 32, 045002 (2023).
https://doi.org/10.1088/1361-665X/acbd04
V.M. Kalita, Y.I. Dzhezherya, G.G. Levchenko. The loss of mechanical stability and the critical magnetization of a ferromagnetic particle in an elastomer. Soft Matter 15, 5987 (2019).
https://doi.org/10.1039/C9SM00735K
V.M. Kalita, I.M. Ivanova, V.M. Loktev. Magnetorheological effect in elastomers containing uniaxial ferromagnetic particles. Cond. Matter Phys. 23, 23608 (2020).
https://doi.org/10.5488/CMP.23.23608
A.H. Nayfeh, D.T. Mook. Nonlinear Oscillations (John Wiley and Sons, 1979).
Downloads
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
