1、以巨磁致伸縮材料Terfenol-D與壓電材料PZT等復合而成的磁電層合結構由于具有強磁電耦合效應近年來成為一個研究熱點。低頻狀態(tài)下,當外加交變磁場頻率達到層合結構的固有振動頻率時,層合結構處于諧振狀態(tài),磁電耦合效應大大加強。由于磁電復合材料的復雜非線性磁力電耦合效應,磁電效應隨磁場的變化曲線出現(xiàn)雙峰現(xiàn)象,尚且沒有完善的理論模型可以解釋。此外,在諧振磁電耦合過程中,存在磁損耗、電損耗、機械損耗等,尤其是機械損耗,大大減弱了磁電耦合效應的

2、強度。微波頻段下,磁電層合材料主要是用來制備磁電可調的微波器件,以滿足工作頻段可選的需求。
　　針對上述問題,本文開展了以下工作:
　　首先,針對諧振狀態(tài)下L-T模式Terfenol-D/PZT/Terfenol-D磁電層合結構的機械損耗隨磁場非線性變化的實驗現(xiàn)象,采用一個能完整描述超磁致伸縮材料中復雜力磁耦合特點的非線性磁致伸縮本構關系,采用等效電路法,建立起了一個同時考慮靜磁場和預應力影響的磁電層合結構的非線性機械損耗模

3、型。通過該理論模型預測的有效機械損耗、諧振/反諧振頻率隨外加磁場變化的結果都與實驗測量結果在定量上和定性上均吻合良好,證明本文所建模型具有一定的有效性與可靠性。在此基礎上,通過該模型預測預應力對機械損耗的影響,在小于零偏磁場諧振頻率時,選擇小于臨界諧振磁場的偏磁場實現(xiàn)諧振可以有效降低機械損耗,在頻率98.9kHz時機械損耗減小了62.1％。在大于零偏磁場諧振頻率時,選擇施加預壓應力可以有效降低機械損耗,在頻率103kHz時加-18Mpa

4、的壓應力機械損耗減小了51.2%。
　　其次,針對L-T模式磁電層合材料在諧振狀態(tài)下出現(xiàn)雙峰磁電效應的實驗現(xiàn)象,在建立了的磁-機-電諧振等效電路基礎上,根據(jù)歐姆定律,給出綜合考慮預應力、靜磁場、交流磁場頻率、非線性機械損耗的磁電轉換系數(shù)表達式。通過該理論模型預測了不同諧振頻率下磁電電場系數(shù)與靜磁場的變化曲線,以及不同靜磁場下磁電電場系數(shù)與諧振頻率的變化曲線,并與實驗結果進行對比,發(fā)現(xiàn)在諧振頻率為100~125kHz時理論預測結果與

5、實驗測量結果在定量與定性上均吻合良好,證明了該理論模型的有效性與可靠性。在此基礎上,進一步預測了預應力對磁電效應雙峰現(xiàn)象的影響,結果發(fā)現(xiàn):隨著預應力的增大,磁電系數(shù)中由壓磁系數(shù)控制的第一個峰與由楊氏模量控制的第二個峰逐漸合并到一起,磁電效應雙峰現(xiàn)象消失,整組磁電效應曲線出現(xiàn)“翻轉”現(xiàn)象。特別是,無論是施加壓應力還是施加拉應力都能提高雙峰磁電效應中較小磁場對應峰的峰值,其中,拉應力的效果更為顯著。
　　最后,針對磁電層合材料在微波頻