采用彈性變幅桿基底的磁致伸縮-壓電復(fù)合結(jié)構(gòu)研究.pdf

1、將超磁致伸縮材料(GMM)、壓電材料(PZT)復(fù)合于高機械品質(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-電多場耦合的結(jié)果：在交變磁場作用下，磁致伸縮層驅(qū)動彈性變幅桿基底振動；當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，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，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耦合，得到整個復(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)工作時的主要損耗(機械損耗、介電損耗)引入到等效電路模型中，渦流損耗由于強偏置磁場的作用而忽略不計，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)計算公式；同時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。
　　運用上述理論分析得到的公式計算了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)，并與實際結(jié)構(gòu)的磁電響應(yīng)進行了比較，由于理論分析中忽略了膠層產(chǎn)生的損耗