【摘 要】
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近些年来，由压电材料和磁致伸缩材料复合而成的磁电复合材料由于具有很大的磁电耦合效应而越来越多地受到人们的关注，在多功能器件，如微波器件、磁敏传感器等领域着有广泛的应用
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近些年来，由压电材料和磁致伸缩材料复合而成的磁电复合材料由于具有很大的磁电耦合效应而越来越多地受到人们的关注，在多功能器件，如微波器件、磁敏传感器等领域着有广泛的应用前景。为了提高材料的磁电耦合性能，学者们从理论和实验上对各种材料组成的不同构型的磁电复合材料进行了大量研究。基于目前已有的工作，本文分别对磁电复合材料的静态和动态耦合性能进行了系统的分析，并提出了一种新型的磁电传感器设计。具体内容如下: 1、提出了层状磁电复合材料的解析非线性模型，在该模型中，磁致伸缩相采用考虑预应力影响的标准平方型本构关系，而铁电相采用线性的压电本构关系。另外，与之前假设均匀变形的模型不同的是，我们考虑了沿压电相和磁致伸缩相厚度方向的应力衰减以及非均匀的变形。对三明治结构Terfenol-D/PZT/Terfenol-D磁电材料L-T模式和L-L模式的分析计算结果表明，该模型能很好地重现与偏磁场Hdc相关的磁电耦合系数，并且在Hdc为500Oe时，磁电耦合系数达到最大。计算结果还指出在实际应用中应该考虑沿层厚方向的应力衰减效应。 2、建立了双层磁电复合材料在弯-拉耦合作用下的动态理论模型。基于静电、静磁以及动力学方程，并结合边界条件，得到了与频率相关的磁电耦合系数的解析表达式。计算结果显示对于双层磁电复合材料，在不同的频率下存在两个谐振峰，这是轴向振动与弯曲振动叠加的结果，与实验结果符合的很好。 3、提出了一种新颖的铅笔型磁电传感器的设计，该传感器包括一个磁致伸缩圆棒，一个圆台状金属变幅杆和一个压电圆片，所有这些部件装配在一个非磁性的刚性框架中。通过在该传感器中采用位移传递模式，不仅磁电界面的应变损耗大大减少，而且可以在更大的范围内对两相的体积分数进行调节。采用非线性的磁致伸缩模型和线性的压电模型，对该传感器的磁电耦合性能进行了系统的分析。结果显示，该传感器的静态磁电电场耦合系数(αE)和磁电电荷系数(αD)分别高达455 V/cm· Oe和480×10-6C/m2· Oe，比之前报道的最好的结果分别高10倍和100倍。这种铅笔型磁电传感器对于磁敏器件的设计有着重要的指导意义。
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