層狀復(fù)合磁電材料的彈性動(dòng)力學(xué)研究.pdf

1、磁電效應(yīng)是指電致變磁有序或磁致變極化序。磁電效應(yīng)可以實(shí)現(xiàn)磁、電能量之間的相互轉(zhuǎn)換和調(diào)控，在信息存儲(chǔ)、磁電傳感及高能電子傳輸?shù)绕骷⌒突矫婢哂袕V泛的應(yīng)用前景。由于天然的磁電材料稀少且缺乏實(shí)用性，因此各類復(fù)合磁電材料成為目前主要的研究對(duì)象。
　　迄今，磁電轉(zhuǎn)換效率的實(shí)際測(cè)量值總是小于理論預(yù)期。為解決此一偏差，本論文選用2-2型TDF-PZT層狀復(fù)合磁電材料，從材料的非均勻應(yīng)力和應(yīng)變?nèi)胧郑罁?jù)彈性力學(xué)理論，研究了復(fù)合塊體材料中鐵磁體磁

2、致伸縮導(dǎo)致的界面應(yīng)力，以及該界面應(yīng)力通過(guò)彈性耦合所誘導(dǎo)的鐵電體內(nèi)的應(yīng)力分布，并在此應(yīng)力的基礎(chǔ)上取得了與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為一致的磁電效應(yīng)理論模型。具體研究?jī)?nèi)容如下:
　　1、選用主流的層狀復(fù)合磁電材料，以Harshe、Bichurin、南策文、Dong等學(xué)者的理論模型為主要依據(jù)，分析了“乘積效應(yīng)”下各類雙層復(fù)合材料在不同磁場(chǎng)模式下的磁電效應(yīng)規(guī)律，回顧了這一結(jié)構(gòu)的磁電效應(yīng)的理論值總大于實(shí)驗(yàn)結(jié)果的現(xiàn)象，分析了為彌合這一差距而引進(jìn)的界面耦合系數(shù)

3、方法的利弊，并引出本文研究的重點(diǎn)——圣維南原理和彎曲引起的壓電相中應(yīng)力及應(yīng)變的非均勻分布。
　　2、測(cè)量了雙層復(fù)合材料自由端的應(yīng)變，發(fā)現(xiàn)壓電材料自由端的應(yīng)變幅度隨壓電材料本身厚度的增大而減小，根據(jù)圣維南原理的局部作用效應(yīng)，從彈性力學(xué)的平面問(wèn)題出發(fā)，針對(duì)磁電耦合中磁致伸縮相誘導(dǎo)的界面應(yīng)力，尋找出一組合理的邊界條件，推導(dǎo)出壓電相的內(nèi)應(yīng)力分布，并根據(jù)此應(yīng)力分布修正了原有的磁電效應(yīng)理論模型。較之已有模型，新模型給出的理論數(shù)值與實(shí)驗(yàn)結(jié)果符合

4、得更好，從而證實(shí)了考慮圣維南原理的必要性。在局部作用原理的影響下，壓電材料內(nèi)部的應(yīng)力分布隨厚度的增加逐漸減小，導(dǎo)致整體壓電效應(yīng)的減弱。
　　3、根據(jù)壓電材料的蝴蝶狀應(yīng)變，證實(shí)了雙層復(fù)合材料中的鐵電相在外加磁場(chǎng)下其內(nèi)應(yīng)力呈非均勻分布的假設(shè)。根據(jù)彈性力學(xué)中構(gòu)件彎曲的理論模型，針對(duì)彎曲這一典型的非均勻應(yīng)變現(xiàn)象，推導(dǎo)出磁場(chǎng)下復(fù)合材料彎曲時(shí)的彎曲角度與磁場(chǎng)及材料形狀、楊氏模量之間的關(guān)系，理論模擬與實(shí)驗(yàn)匹配良好。同時(shí)依據(jù)電致伸縮方程理論，成功