異型磁電復(fù)合材料磁致諧振頻率偏移研究.pdf

1、磁電復(fù)合材料的磁電效應(yīng)是外磁場使磁致伸縮相產(chǎn)生的磁-力耦合，通過相界面的應(yīng)力傳遞作用使壓電相產(chǎn)生的力-電耦合，在乘積效應(yīng)的協(xié)同作用下，產(chǎn)生磁電轉(zhuǎn)換。磁電轉(zhuǎn)換的標(biāo)志是壓電體的輸出電壓的大小，并且磁電效應(yīng)實驗通常需采用兩個磁場驅(qū)動，即在一個恒定（偏置）磁場的基礎(chǔ)上再加一個與之平行的微小交變場。事實上，單一直流磁場作用在磁電復(fù)合材料時，通過磁-力-電耦合可導(dǎo)致壓電體的應(yīng)力應(yīng)變，其介電常數(shù)和諧振頻率同樣發(fā)生變化。由此可推斷變化的單一直流磁場將使

2、壓電相的極化程度變化，最終導(dǎo)致壓電相諧振頻率的偏移。在層狀磁電復(fù)合材料中，壓電相和磁致伸縮相之間是剪切應(yīng)力耦合，兩相間的乘積效應(yīng)和交叉耦合效應(yīng)不能完全發(fā)揮出來，即兩相間應(yīng)力傳遞過程中的不完全耦合會帶來機械損耗，而條環(huán)異型結(jié)構(gòu)兩相之間通過正應(yīng)力進(jìn)行耦合，有利于提高兩相的應(yīng)力傳遞效率，增強耦合作用，減小機械損耗，所以本論文選用條環(huán)異型磁電復(fù)合結(jié)構(gòu)，研究單一直流磁場下磁控諧振頻率偏移規(guī)律。由于影響復(fù)合材料頻率偏移的因素很多，如各組元的性能，外

3、磁場大小及界面耦合狀態(tài)，因此需要建立相應(yīng)的物理模型及數(shù)值計算方法，對磁控壓電體諧振頻率偏移的變化規(guī)律進(jìn)行研究，進(jìn)而對磁電復(fù)合材料的性能及結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。
　　本文研究條狀壓電材料嵌插于環(huán)狀磁致伸縮材料的內(nèi)環(huán)而形成的異型結(jié)構(gòu)，選擇鋯鈦酸鉛PZT與鎳鋅鐵氧體NZFO組成異型結(jié)構(gòu)的壓電相和磁致伸縮相，實驗研究在單一直流磁場作用下，磁電復(fù)合材料的電容-頻率響應(yīng)特性。通過建立磁致伸縮相和壓電相的本構(gòu)方程，提出了一種異形結(jié)構(gòu)磁電耦合理論模型