采用彈性變幅桿基底的磁致伸縮-壓電復合結構研究.pdf

1、將超磁致伸縮材料(GMM)、壓電材料(PZT)復合于高機械品質(zhì)因數(shù)的彈性變幅桿基板上構建了GMM/彈性變幅桿基底/PZT復合結構。其磁電效應是磁-機-電多場耦合的結果：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，復合結構發(fā)生諧振，磁致伸縮層產(chǎn)生的應變在變幅桿基底應變最大處得到有效放大而使粘結于變幅桿基底應變最大處的壓電材料的輸出電壓達到極大。這種復合材料結構簡單，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。
　　分析了變幅桿的應變放大機理，選擇具有最佳應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的結構特點，將其分為四部分：磁致伸縮層與階梯形基底等長復合部分、壓電層與階梯形基底等長復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，得到整個復合材料的等效電路模型

3、。
　　利用復參數(shù)法將復合結構工作時的主要損耗(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合結構磁電電壓轉(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復合結構的磁電響應，并與實際結構的磁電響應進行了比較，由于理論分析中忽略了膠層產(chǎn)生的損耗