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文檔簡介
1、將超磁致伸縮材料(GMM)、壓電材料(PZT)復(fù)合于高機(jī)械品質(zhì)因數(shù)的彈性變幅桿基板上構(gòu)建了GMM/彈性變幅桿基底/PZT復(fù)合結(jié)構(gòu)。其磁電效應(yīng)是磁-機(jī)-電多場耦合的結(jié)果:在交變磁場作用下,磁致伸縮層驅(qū)動(dòng)彈性變幅桿基底振動(dòng);當(dāng)磁場的頻率等于或者接近于彈性變幅桿基底的固有頻率時(shí),復(fù)合結(jié)構(gòu)發(fā)生諧振,磁致伸縮層產(chǎn)生的應(yīng)變在變幅桿基底應(yīng)變最大處得到有效放大而使粘結(jié)于變幅桿基底應(yīng)變最大處的壓電材料的輸出電壓達(dá)到極大。這種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)簡單,制備容易,而
2、且磁電電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)大,可以高效地實(shí)現(xiàn)磁能和電能之間的轉(zhuǎn)換。
分析了變幅桿的應(yīng)變放大機(jī)理,選擇具有最佳應(yīng)變放大作用的階梯形彈性變幅桿作為基底。根據(jù)GMM/階梯形彈性基底/PZT的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),將其分為四部分:磁致伸縮層與階梯形基底等長復(fù)合部分、壓電層與階梯形基底等長復(fù)合部分以及階梯形基底剩余的兩部分。運(yùn)用等效電路法推導(dǎo)了各部分的等效電路模型;根據(jù)分界面處位移連續(xù)、力平衡條件,將各部分的等效電路有機(jī)耦合,得到整個(gè)復(fù)合材料的等效電路模型
3、。
利用復(fù)參數(shù)法將復(fù)合結(jié)構(gòu)工作時(shí)的主要損耗(機(jī)械損耗、介電損耗)引入到等效電路模型中,渦流損耗由于強(qiáng)偏置磁場的作用而忽略不計(jì),得到了考慮損耗后的復(fù)合結(jié)構(gòu)磁電電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)計(jì)算公式;同時(shí)也給出了磁電電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)分別與材料物理參數(shù)和幾何參數(shù)之間的關(guān)系。
運(yùn)用上述理論分析得到的公式計(jì)算了Terfenol-D/階梯形鈹青銅基底/PZT-5H復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁電響應(yīng),并與實(shí)際結(jié)構(gòu)的磁電響應(yīng)進(jìn)行了比較,由于理論分析中忽略了膠層產(chǎn)生的損耗
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