基于彈性力學法的新型磁電層合材料磁電特性研究.pdf

1、力與多物理場的耦合效應已成為當今力學學科中一個重要的研究熱點和研究方向。壓電／磁致伸縮層狀磁電復合材料是一種新型的具有顯著磁電力耦合效應的功能材料,對該材料在多物理場中工作特性的研究涉及到固體力學、電磁學和測試技術(shù)等多學科領域的知識。層狀磁電復合材料具有遠高于單相磁電材料的磁電換能率及鐵電性與鐵磁性的雙重特性,因而存在著巨大的潛在理論研究和工程應用價值。G Harshe等人于上世紀90年代初最先采用彈性力學法對磁電層合材料的工作特性進行

2、分析。經(jīng)過了近二十年的發(fā)展,應用彈性力學方法分析磁電層合材料的問題依然存在著一些不足。
　　 本文首先從彈性力學基本理論出發(fā),以磁電層合材料的整體力學平衡為基本前提,考慮了兩相材料間耦合層處的應力和應變狀態(tài),對磁電層合材料中的壓電相材料進行了應力狀態(tài)分析,同時將兩相材料間的變形協(xié)調(diào)條件引入彈性力學模型中,完善了相應的磁電層合材料力／磁／電物理模型。本文所研究的層狀磁電復合材料為L—L工作模式,該工作模式可使材料具有更大的磁電電壓

3、輸出?？紤]到磁電層合材料中壓電相材料沿長度方向極化工藝的復雜性,本文提出了一種基于壓電串接結(jié)構(gòu)的層狀磁電復合材料,并將其定義為壓電串接-磁致伸縮磁電層合材料。作者運用彈性力學方法推導了L—L工作模式下壓電串接-磁致伸縮磁電層合材料的磁電電壓系數(shù)表達式,通過計算確定了磁電層合材料中兩相材料的最優(yōu)厚度比以及該最優(yōu)厚度比下的最大磁電電壓系數(shù)值。制備了兩種具有不同壓電串接結(jié)構(gòu)的磁電層合材料試樣:4-f型和2-f型磁電層合材料；構(gòu)建了相應的磁電實