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.     

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     

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     

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     

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     

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.     

有限输入阻抗下压电/磁伸层叠材料磁电效应理论及实验

将磁致伸缩材料及压电材料本构方程与运动方程结合,考虑压电材料具有的高输出阻抗的特点及测试设备的有限输入阻抗和传输信号引线电容对磁电效应输出电压的影响,推出了Terfenol-D巨磁伸材料与横向极化Pb(Zr_1-xTi_x)O₃压电材料的磁电效应理论,研制了由一维磁伸材料构成的三明治结构元件并对其性能进行了测试,采用考虑了测试系统有限输入阻抗后建立的磁电效应理论结果与实验结果更符合.理论结果表明磁电元件在有限输入阻抗 关键词： 磁电效应 有限输入阻抗 压电/磁伸复合 一维磁伸材料     

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     

磁场作用下PMN-PT/CFO的磁电效应研究

在弹性力学模型下,推导非理想耦合状态的磁电(ME)电压系数公式.利用CFO随磁场变化的磁致伸缩特性,得到PMN-PT与CFO复合材料的磁电电压系数随磁场以及各参量的变化关系公式.研究了磁电电压系数在磁场下随磁场强度、压电相体积分数v、界面耦合系数k以及PMN-PT介电常数之间的变化关系.研究结果发现:磁电电压系数随PMN-PT体积分数和磁场强度的增大,表现为先增大,后逐渐减小至零;磁电电压系数强烈地依赖于界面耦合系数,耦合系数减小会极大降低复合材料的磁电效应;同时,磁电效应具有一定的频率特性,随着频率的逐渐增大而增大,直至达到稳定.     

铁基非晶合金磁致伸缩的温度效应

本文研究了Fe_80-xCu_xSi₅B₁₅,(Fe_1-xCo_x)₈₂Cu_0.4Si_4.4B_13.2两系列非晶合金的磁致伸缩系数λ₄随温度T的变化关系,温度范围分别为室温至非晶态居里点和室温至晶在居里点。分析了Fe基非晶合金随温度变化所产生的结构变化,并讨论了其磁致伸缩的单离子微观机制。 关键词：     

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     

Basic solution of four parallel non-symmetric permeable Mode-III cracks in a piezoelectric/piezomagnetic composite plane

The interaction of four parallel non-symmetric permeable cracks in a piezoelectric/piezomagnetic composite plane subjected to anti-plane shear stress loading was studied by the Schmidt method. The problem was formulated through a Fourier transform into four pairs of dual integral equations, in which unknown variables are jumps of displacements across the crack surfaces. To solve the dual integral equations, the jumps of displacements across the crack surfaces were directly expanded as a series of Jacobi polynomials. Finally, the relationships among the electric displacement, magnetic flux and stress fields near the crack tips were obtained. The results show that the stress, the electric displacement and the magnetic flux intensity factors at the crack tips depend on the lengths and spacing of cracks. It was also revealed that the crack shielding effect is present in piezoelectric/piezomagnetic composites.     

Stoney formula for piezoelectric film/elastic substrate system

With the trends in miniaturization, and particularly the introduction of micro- and nano-electro-mechanical system,piezoelectric materials used in microelectronic devices are deposited usually in the form of thin film on elastic substrates.In this work, the bending of a bilayer comprising a piezoelectric film deposited on an elastic substrate, due to the mismatch,is investigated. An analytic formula relating the curvature of the bilayer to the mismatch, the electroelastic constants and the film thickness is obtained, and from this formula, a transverse piezoelectric constant d_31 can be estimated. Meanwhile the influence of electromechanical coupling coefficient on the curvature is discussed.