基于彈性力學(xué)法的新型磁電層合材料磁電特性研究.pdf

1、力與多物理場(chǎng)的耦合效應(yīng)已成為當(dāng)今力學(xué)學(xué)科中一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)和研究方向。壓電／磁致伸縮層狀磁電復(fù)合材料是一種新型的具有顯著磁電力耦合效應(yīng)的功能材料,對(duì)該材料在多物理場(chǎng)中工作特性的研究涉及到固體力學(xué)、電磁學(xué)和測(cè)試技術(shù)等多學(xué)科領(lǐng)域的知識(shí)。層狀磁電復(fù)合材料具有遠(yuǎn)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(yīng)用價(jià)值。G Harshe等人于上世紀(jì)90年代初最先采用彈性力學(xué)法對(duì)磁電層合材料的工作特性進(jìn)行

2、分析。經(jīng)過(guò)了近二十年的發(fā)展,應(yīng)用彈性力學(xué)方法分析磁電層合材料的問(wèn)題依然存在著一些不足。
　　 本文首先從彈性力學(xué)基本理論出發(fā),以磁電層合材料的整體力學(xué)平衡為基本前提,考慮了兩相材料間耦合層處的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài),對(duì)磁電層合材料中的壓電相材料進(jìn)行了應(yīng)力狀態(tài)分析,同時(shí)將兩相材料間的變形協(xié)調(diào)條件引入彈性力學(xué)模型中,完善了相應(yīng)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(fù)合材料為L(zhǎng)—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。考慮到磁電層合材料中壓電相材料沿長(zhǎng)度方向極化工藝的復(fù)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(fù)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(yùn)用彈性力學(xué)方法推導(dǎo)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(dá)式,通過(guò)計(jì)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(yīng)的磁電實(shí)