偏置磁場對超磁致伸縮-壓電復(fù)合材料磁電效應(yīng)影響的研究.pdf

1、磁電復(fù)合材料因其顯著的磁電效應(yīng)受到越來越多的關(guān)注。磁電復(fù)合材料可以用于磁電換能器，如磁場傳感器等。研究發(fā)現(xiàn)磁電復(fù)合材料的磁電效應(yīng)和偏置磁場密切相關(guān)。本文應(yīng)用超磁致伸縮材料的非線性本構(gòu)模型和層合材料的等效電路相結(jié)合的方法，分析了偏置磁場對磁電復(fù)合材料諧振磁電效應(yīng)的影響，并進(jìn)行了實驗驗證。本文主要工作如下：
　　對比了超磁致伸縮材料的四種宏觀唯象模型,發(fā)現(xiàn)Z-L模型能夠很好的模擬超磁致伸縮材料的非線性特性。根據(jù)Z-L模型推導(dǎo)了超磁致伸

2、縮材料的動態(tài)楊氏彈性模量、動態(tài)壓磁系數(shù)和動態(tài)磁導(dǎo)率與外加磁場的關(guān)系。
　　根據(jù)壓電方程、壓磁方程和動力學(xué)方程，運用等效電路法得到了超磁致伸縮/彈性/壓電層合材料的等效電路。由于在層合材料的振動過程中，機(jī)械損耗是不可忽略的，則應(yīng)用復(fù)參數(shù)法引入機(jī)械損耗，得到可以應(yīng)用于層合材料諧振狀態(tài)的包含損耗的等效電路,進(jìn)而獲得了層合材料的諧振頻率方程和諧振磁電電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)。
　　把超磁致伸縮材料動態(tài)楊氏彈性模量和動態(tài)壓磁系數(shù)代入諧振頻率方程和

3、諧振磁電電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)中，得到諧振磁電效應(yīng)和偏置磁場的關(guān)系。分析表明，偏置磁場通過影響超磁致伸縮材料的動態(tài)楊氏彈性模量而改變材料的諧振頻率；偏置磁場通過影響超磁致伸縮材料的動態(tài)壓磁系數(shù)和動態(tài)楊氏彈性模量而改變諧振磁電電壓轉(zhuǎn)換系數(shù)。
　　制作了Terfenol-D/鈹青銅/PZT-5H實驗樣片，在不同偏置磁場下進(jìn)行了實驗。通過理論和實驗對比分析得到如下結(jié)論：1)隨著偏置磁場的增大，層合材料的諧振頻率先逐漸減小后逐漸增大；2)隨著偏置磁