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자기변형(4) - 자기변형 구동기의 이론적 모델링(2) - 원문보기

소음진동 = Journal of KSNVE, v.21 no.5, 2011년, pp.38 - 42  

이호철 (대구가톨릭대학교 기계자동차공학부)

초록
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이번 강좌의 4번째는 자기변형 현상을 기술하는 구성방정식(constitutive equation)을 다루고자 한다. 최근의 다양한 연구 성과들은 이번 연재에서 다루는 1차 근사화된 구성방정식에서 다룰 수 없거나 다루지 않는 많은 물리적 현상을 포함한 결과를 보여주고 있으나 시작은 늘 가장 이해하기 쉽고 단순한 것에 출발하는 것이 좋다고 생각하였다. 그리고 이번 연재부터는 복잡하진 않지만 다소간의 수학식이 등장하게 된다는 점을 미리 언급해둔다.

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  • 이 결합상수 역시 앞서 언급한 영률이나 투자율과 마찬가지로 원래는 상수 값이 아님을 기억하자. 또한 원래 구성방정식에서 보이는 2개의 q값은 히스테리시스 등의 비가역적 물리적 현상으로 인해서 같은 값이 아니지만 물리량의 변화가 크지 않은 경우 이를 가역적이라고 가정하여 2개의 값이 같다고 놓았다. 이 말은 엄밀한 해석이 필요한 경우 히스테리시스까지 고려한 모델을 사용해야 함을 의미한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
변형률과 응력 사이의 관계는 무엇에 의해서 설명 되는가? 여기서 ε과 δ는 기계공학에서 사용하는 물리량인 변형률과 응력을 나타내고 있으며 이들 물리량의 사이의 관계는 영률(Young’s modulus) EH에 의해서 설명된다. 즉 전자기적 현상이 없이 순수하게 기계적인 현상만을 고려한다면 우리가 흔히 고체역학 교과서에서 보게 되는 과 다르지 않다.
상호 임피던스인 ZME과 ZEM의 크기와 부호는 어떻게 되는가? 어떤가? 첫 구성방정식과 비슷한 점이 보이는가? 여기서 ZME과 ZEM은 상호 임피던스(mutual impedance)라고 하여 2개의 서로 다른 계(전기-기계) 시스템 간의 상호작용에 관련된 양인데 물리적으로는 처음에 보인 구성방정식에서 q의 역할을 한다. 이 두 값은 서로 크기는 같으며 부호는 같을 수도 다를 수도 있다. 이에 관한 정확한 정의 및 자세한 내용은 지면 관계상 다음 호에서 다루기로 한다.
자기기계적 결합상수는 무엇인가? 구성방정식과 관련하여 지능형 물질을 다루다 보면 자주 등장하는 성능지수가 있는데 소위 자기기계적 결합상수(magneto-mechanical coupling coefficient)라는 것이다. 이 결합상수는 얼마나 자기적인 에너지가 기계적인 에너지로 변환이 잘되는가(구성방정식에서 첫 번째 식), 역으로 얼마나 기계적 에너지가 자기적인 에너지로 변환이 잘되는가(구성방정식에서 두 번째 식)를 나타내는 물리상수가 된다. 흔히 이 결합상수는 k로 표현을 많이 하며 그 정의는 다음과 같다.
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