偏置磁场对磁致伸缩/弹性/压电层合材料磁电效应的影响

根据磁致伸缩材料的非线性本构关系得到其动态杨氏弹性模量和动态压磁系数,结合等效电路法得到磁致伸缩/弹性/压电层合材料的磁电效应与磁致伸缩材料的动态杨氏弹性模量和动态压磁系数的关系,讨论了偏置磁场对这种层合材料的谐振频率和谐振磁电电压转换系数的影响.理论推导和实验结果均表明,存在最佳偏置磁场使磁致伸缩/弹性/压电层合材料的谐振磁电电压转换系数最大. 关键词： 磁致伸缩/弹性/压电层合材料 磁电效应 偏置磁场 非线性本构关系     

磁致伸缩/压电叠层复合材料磁-机-电耦合系数分析

分析和推导了磁致伸缩/压电叠层复合材料的机-电耦合系数、磁-机耦合系数及磁-电耦合系数与磁致伸缩层和压电层性能参数及几何参数之间的关系.进一步分析表明,叠层复合材料低频时的磁电电压系数正比于磁-电耦合系数,谐振时的磁电电压系数正比于磁-电耦合系数与机械品质因素的乘积;磁电电压系数还与复合结构的本征阻抗有关,本征阻抗越大磁电电压系数越大.通过性能差异较大的Terfenol-D和FeNi基弹性合金分别与压电材料PZT5-H和PZT8相互组合构成复合材料的比较分析,进一步阐明了磁电复合材料磁-电耦合系数和机械品 关键词： 磁电效应 磁-机-电耦合系数 磁致伸缩材料 压电材料     

基于能量转换原理的磁电层合材料低频磁电响应分析

提出了一种基于能量转换原理的磁致伸缩/压电层合材料低频磁电响应模型,并对不同层合结构的磁电响应特性进行了对比研究.该模型假定层合材料层间能量传递通过层间剪切力来实现,利用应力函数法分析了磁致伸缩层和压电层的应力与应变,求出了磁致伸缩层的应变能和存储磁场能以及压电层的应变能和电场能;利用Hamilton最小能量原理求出了层间剪切力的大小,获得了开路状态下层合材料的低频磁电响应模型.发现磁电电压系数与磁致伸缩材料的磁导率、泊松比、磁机耦合系数以及压电材料的泊松比、机电耦合系数等有关,并对这些参数的影响进行了分析.同时对两层和三层结构的层合材料磁电特性进行了对比研究,发现层合结构不同则获得的磁电系数公式不同,用相应的公式计算得到的误差才会最小.研究结果表明,本文的理论误差小于6.5%,与其他方法相比,本文的理论模型能更好地描述磁电层合材料的低频磁电响应特性.     

双层纳米磁电薄膜模型及分析

以层状磁电复合材料弹性力学模型为基础,建立了自由状态下双层纳米磁电薄膜的弹性力学模型,并以此为基础简单介绍了推导其磁电电压系数表达式的方法.计算了CoFe₂Ｏ₄/Pb（Zr_0．52Ti_0．48）Ｏ₃双层纳米复合薄膜的磁电电压系数理论值,分析结果表明基片对薄膜存在强烈的夹持效应,而且基片对压电与磁致伸缩两相材料间最佳体积比有一定的影响. 关键词： 磁电理论 磁电薄膜 铁电材料 磁致伸缩     

磁致伸缩/压电层叠复合材料磁电效应分析

采用有限元分析软件COMSOL5.0建立了三维悬臂梁模型,分析了磁致伸缩/压电/磁致伸缩叠层复合材料的磁电系数α_(ME),并就几何参数对复合结构磁电系数的影响进行了优化分析.首先,利用稳态求解器研究了磁电层状复合结构内部的应力、应变、位移以及电势分布情况,利用瞬态求解分析了磁电复合结构各变量动态分布规律;其次,应用小信号频域分析研究了该结构的谐振频率以及在不同偏置磁场对输出电压的影响,结果表明,随着直流偏置磁场的增加,输出电压逐渐减小.改变复合材料不同层的厚度,分析了磁电层与压电层厚度比t_m/t_p对磁电系数的影响,结果表明,随着厚度比增加,α_(ME)逐渐增大,其增加速率逐渐减小;最后,分析了磁电系数α_(ME)随复合结构面积、长宽比的变化情况.分析表明,α_(ME)随磁电复合结构面积的增加逐渐增加,其增加速率逐渐减小;当磁电复合结构面积恒定时,其磁电系数随长宽比L/W增加表现出先增加后减小的趋势,存在最优值.     

TbDyFe/PZT层状复合材料的磁电效应研究

磁致伸缩/压电复合材料通过磁致伸缩和压电效应的乘积而可以获得大的磁电效应.用磁控溅射方法制备了TbDyFe/PZT层状复合材料，实验测试了TbDyFe/PZT两层及TbDyFe/PZT/TbDyFe三层复合材料的磁电电压系数随周期磁场频率的变化关系，并采用有限元数值计算方法对两种材料的磁电电压系数进行了计算.研究结果表明，实验测试曲线与数值计算结果符合很好，所制备的层状复合材料在共振频率处存在最大的磁电电压系数值，由于两层板与三层板的振动模式不同，三层复合板的共振频率远高于两层复合板的共振频率.在非共振频率下，三层复合板的磁电转换效应高于两层复合板.有限元计算结果还显示，磁电层状复合材料的磁电电压系数随磁致伸缩层厚度的增加而增大. 关键词： 磁电效应 层合板 TbDyFe 有限元分析     

对称磁电层合板磁电转换效应理论研究

磁致伸缩和压电层合材料通过磁致伸缩和压电效应的乘积可以获得大的磁电效应.通过材料的力学本构方程，建立了对称磁电层合板磁电耦合的静态力学模型；采用ANSYS 80多物理场有限元分析软件，对层合结构的磁电转化效应进行了数值计算，并与理论计算值进行了对比.研究结果表明：磁致伸缩/压电的厚度比增加使磁电电压系数增大；所推导的磁电电压系数公式的计算值与等效电路模型推导的公式计算值符合很好；有限元数值计算结果介于两种模型的计算结果之间. 关键词： 磁电效应 层合板 本构方程 有限元分析     

考虑损耗的磁致/压电层合材料谐振磁电响应分析

运用等效电路法，对磁致/压电层合材料谐振状态下的磁电响应进行分析，得到了材料在谐振状态下的磁电电压转换系数理论计算公式. 详细地分析了磁致/压电层合材料在谐振点附近的磁损耗、机械损耗、电损耗，并给出了各种损耗相应的计算方法和大小，发现谐振状态下，材料的主要损耗来源于机械损耗. 分析结论较好地解释了磁电层合材料在不同偏置磁场下磁电响应的实验结果. 关键词： 磁致/压电层合材料 磁电效应 谐振 损耗分析     

铁电/铁磁1-3型结构复合材料磁电性能分析

磁致伸缩和压电复合材料通过机械力作用可获得较大的磁电效应，由Terfenol-D粉末与树脂黏接剂构成压磁相，和压电陶瓷PZT黏结在一起，形成1-3型柱状阵列结构，可获得很大的磁电转换系数.采用有限元方法，对此结构的复合材料进行静态分析.复合材料的介电常数和磁电系数的计算结果和实验数值一致，得到样品中应力、应变和电极化分布情况及其关系，并给出进一步提高磁电转换系数的途径，该种复合方式有望成为一种新型高性能的磁电结构. 关键词： 复合材料 磁电效应 有限元     

GMM/弹性板/PZT层状复合结构的纵振磁电响应

利用Hamilton原理推导GMM/弹性板/PZT三层层状复合结构的运动方程,在推导中考虑层间胶层的作用,包括其剪切变形和纵向变形产生的效果;应用运动方程,根据层状复合结构的边界条件,推导复合结构的固有频率方程,并结合压磁和压电方程,得到层状复合结构在不同固有频率处的磁电响应.对比磁电响应的频率特性的理论值和实验值,频率误差在9.42%以内,磁电电压转化系数的理论值与实验值符合,并讨论了弹性板的尺寸变化对层状复合结构谐振频率的影响. 关键词： 层状复合结构 磁电响应 Hamilton原理 运动方程     

高磁导率材料FeCuNbSiB对超磁致伸缩/压电层合材料磁电性能的影响

采用超磁致伸缩材料TbxDy_1-xFe₂(x≈0.3)(Terfenol-D)、压电材料PbZrxTi_1-xO₃(PZT)和高磁导率材料FeCuNbSiB构造了新型的层合结构.由于引入高磁导率材料FeCuNbSiB改变了Terfenol-D的内部磁场分布,并且在磁场作用下,FeCuNbSiB发生形变对Terfenol-D产生应力,增大了Terfeno 关键词： 磁电效应 磁致伸缩材料 压电材料 高磁导率材料     

Terfenol-D/PZT磁电复合材料的磁电相位移动研究

采用粘合法制备了叠层结构的块体Terfenol-D/PZT磁电复合材料,测量了不同频率下的磁电回线,采用新的极坐标下的方式做图.从极坐标下的磁电回线中可以看出,随直流磁场的变化,非谐振频率下的磁电相位发生了轻微移动,移动幅度随频率的增加而增加;而在谐振频率下,伴随着巨磁电效应,磁电相位发生了显著移动,移动幅度达到了近90°.与粉末Terfenol-D/环氧树脂/PZT磁电复合材料对比之后表明,非谐振频率下块体Terfenol-D/PZT的磁电相位移动主要由涡流引起;而谐振频率下大幅度相位移动则主要来源于Terfenol-D的磁致弹性变化.     

偏置电压对磁致伸缩/压电层合换能结构磁电性能影响

分析和测试了偏置电压调整时PZT5/Terfenol-D/PZT8层合换能结构磁电性能. 提出了一种磁致伸缩/压电层合磁电换能结构的一阶谐振频率控制方法. 通过改变压电驱动层的直流电压对磁电层合结构的预应变进行改变, 从而调整谐振频率. 分析偏置电压、 应变、 弹性模量、 谐振频率和谐振磁电电压系数之间关系. 分析表明: 在较小应变情况下, 控制电压几乎可以线性调节谐振频率, 而层合结构谐振磁电电压系数几乎与偏置电压无关. 实验研究验证: 理论与实验结果较好吻合. 在-170 V-+170 V的偏置电压时, 谐振频率可以几乎线性调整. 最大频率调整量达到1 kHz, 偏置电压对一阶纵振频率的控制率达到: 2.94 Hz/V. 在偏置磁场为0-225 Oe时, 谐振频率调整量与偏置磁场无关. 偏置磁场会改变谐振磁电电压系数, 在大于178 Oe静态磁场偏置时, 磁电电压系数最大, 达到1.65 V/Oe.     

Magnetoelectric effect in an asymmetric layered magnet-piezoelectric structure

The magnetoelectric effect in magnet-piezoelectric layered composite structures is discussed. The magnetoelectric voltage and the magnetoelectric coefficient are calculated taking into account bending deformations that accompany tensile and compressive strains in structures with asymmetric positions of magnetic layers relative to the neutral plane. It is demonstrated that bending deformations lead to a nonuniform distribution of the electric field over the thickness of the piezoelectric layer and to a nonmonotonic dependence of the magnetoelectric coefficient on the thickness ratio of the layers in the structure.     

Theory of the magnetoelectric effect in ferromagnetic-piezoelectric heterostructures

A theory of the magnetoelectric effect in ferromagnetic-piezoelectric bilayer structures is considered for platelike samples. The magnetoelectric voltage coefficient is expressed through the parameters characterizing the magnetic and piezoelectric phases. It is shown that the magnetoelectric voltage coefficient considerably increases in the region of electromechanical resonance. The thickness ratio between the ferromagnetic and piezoelectric phases at which the magnetoelectric voltage coefficient is maximum is determined. The calculated magnetoelectric voltage coefficients for Permendur-PZT (lead zirconate titanate) structures are presented and compared with the experimental data.