采用彈性基底的磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)有限元分析.pdf

1、磁電復(fù)合材料可以實現(xiàn)磁能與電能之間的相互轉(zhuǎn)換，能夠應(yīng)用于磁場檢測、微波泄漏監(jiān)測、電磁場能量轉(zhuǎn)換等領(lǐng)域。與顆?；旌辖Y(jié)構(gòu)相比層合結(jié)構(gòu)具有更高的磁電電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)，本課題組提出將片狀磁致伸縮材料和壓電材料復(fù)合到彈性基底上，構(gòu)成一種采用彈性基底的三相磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)，相比磁致伸縮材料和壓電材料層合的兩相磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)，在諧振時該結(jié)構(gòu)具用更高的磁電電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)。針對這種三相復(fù)合結(jié)構(gòu)，本文采用有限元方法，分析采用等截面彈性基底和采用尖楔形彈性基底的兩種磁電

2、復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁電特性。主要研究工作如下：
　　1.應(yīng)用有限元方法對壓電問題的分析能力以及磁致伸縮－壓電類比關(guān)系，分析采用基底復(fù)合結(jié)構(gòu)的磁電效應(yīng)。通過輸入幾何模型、選定單元類型、設(shè)置材料參數(shù)、劃分網(wǎng)格、施加載荷和邊界條件等步驟，建立了兩種磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)的有限元分析模型。
　　2.對兩種采用彈性基底的磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)進行有限元分析，研究復(fù)合結(jié)構(gòu)參數(shù)改變對結(jié)構(gòu)磁電特性的影響，并在磁電轉(zhuǎn)換電壓系數(shù)最大化的前提下對結(jié)構(gòu)進行了優(yōu)化設(shè)計。對于采用

3、等截面基底的復(fù)合結(jié)構(gòu)，分析了壓電材料長度、基底長度、基底材料機械品質(zhì)因數(shù)以及復(fù)合結(jié)構(gòu)整體寬度幾個因素，對復(fù)合結(jié)構(gòu)發(fā)生一階縱向諧振時的磁電性能的影響；對于采用尖楔形基底的復(fù)合結(jié)構(gòu)，分析了壓電材料的粘貼位置、壓電材料的長度、寬度以及基底長/寬比幾個因素，對復(fù)合結(jié)構(gòu)發(fā)生縱向諧振時的磁電性能的影響。對比兩種結(jié)構(gòu)在諧振時產(chǎn)生的磁電轉(zhuǎn)換電壓，驗證采用尖楔形基底的復(fù)合結(jié)構(gòu)聚能效果。并分析了由于彎曲諧振模態(tài)的存在，兩種復(fù)合結(jié)構(gòu)磁電轉(zhuǎn)換電壓隨激勵信號頻率