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基于数据驱动的磁电复合材料性能研究

湘潭大学学报(自然科学版) 2025年第1期47卷 97-107页

作者：王欢文建彪李瑨哲湘潭大学土木工程学院湖南湘潭411105 湘潭大学机械工程与力学学院湖南湘潭411105

如何准确且快速预测磁电系数是磁电多功能器件优化设计领域的一大难题.针对这一问题,该文提出了一种新的遗传算法(GA)优化的反向传播(BP)神经网络的预测磁电系数模型.该模型弥补了BP神经网络模型中经验化计算隐含层神经元个数与手动设... 详细信息

如何准确且快速预测磁电系数是磁电多功能器件优化设计领域的一大难题.针对这一问题,该文提出了一种新的遗传算法(GA)优化的反向传播(BP)神经网络的预测磁电系数模型.该模型弥补了BP神经网络模型中经验化计算隐含层神经元个数与手动设定模型最佳训练轮次的不足,有效地提高了GA优化后的BP神经网络的预测精度.结果表明,GA优化后的BP神经网络模型的预测指标R 2高达98.49%,比普通BP模型的预测指标R 2高2.37%,同时该模型的误差更低,故GA优化后的BP预测模型在预测磁电系数上有显著的优越性与更高的精确度.另外在GA-BP模型的基础上引入SHAP模型,充分解释输入参数对磁电系数的影响程度.本研究为更快速、简洁地预测磁电系数,优化磁电复合材料设计提供了有效的支持.

关键词：磁电系数磁电复合材料 GA优化 BP神经网络 SHAP模型

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磁电复合材料的力学实验与理论研究进展

固体力学学报 2016年第3期37卷 193-207页

作者：裴永茂徐浩于泽军张宏龙北京大学工学院北京100871 华南理工大学土木与交通学院广州510640

磁电复合材料同时具备铁磁、铁电性,并且具有磁电耦合效应,在新型磁电器件、自旋电子器件、高性能信息存储等领域有着广泛的应用前景,已成为目前功能材料领域新的研究热点.论文对磁电复合材料在力电磁多场耦合下的力学行为研究的最新进... 详细信息

磁电复合材料同时具备铁磁、铁电性,并且具有磁电耦合效应,在新型磁电器件、自旋电子器件、高性能信息存储等领域有着广泛的应用前景,已成为目前功能材料领域新的研究热点.论文对磁电复合材料在力电磁多场耦合下的力学行为研究的最新进展进行总结和回顾.着重介绍磁电复合材料的磁电耦合效应实验以及多场耦合微纳米力学实验仪器的研制和表征方法.同时,也阐述了磁电复合材料在多场耦合本构理论、失效断裂理论以及多尺度计算方面的研究进展.最后,总结已有研究存在的不足,就目前有待解决科学问题的进一步研究提出建议.

关键词：磁电复合材料实验表征本构理论断裂理论多尺度计算

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磁电复合材料的研究进展

稀有金属 2008年第3期32卷 369-374页

作者：李扩社李红卫严辉于敦波张国成北京有色金属研究总院稀土材料国家工程研究中心有研稀土新材料股份有限公司北京100088 北京工业大学材料科学与工程学院北京100022

铁电/铁磁复合材料作为一种新型功能材料,以其独特的物理性能和广泛的应用前景,已成为目前功能材料领域新的研究热点之一。简要介绍了磁电复合材料的磁电效应、特点及应用,重点评述了磁电复合材料的分类、各种制备工艺和研究状况,最后... 详细信息

铁电/铁磁复合材料作为一种新型功能材料,以其独特的物理性能和广泛的应用前景,已成为目前功能材料领域新的研究热点之一。简要介绍了磁电复合材料的磁电效应、特点及应用,重点评述了磁电复合材料的分类、各种制备工艺和研究状况,最后指出了目前存在的问题及发展趋势。

关键词：磁电复合材料铁电铁磁研究进展

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用于磁传感器的新结构磁电复合材料

复合材料学报 2011年第2期28卷 136-141页

作者：郑洋谢丹刘理天清华大学微电子学研究所北京100084

研究了可用于磁场传感器的磁电复合材料,对传统的磁电复合材料进行了结构创新,采用条状PZT和Terfenol-D的材料体系,用热固树脂进行粘合,Terfenol-D沿长度方向磁化且PZT条沿厚度方向极化。与传统的1-3型复合不同的是:每根PZT的输出极被... 详细信息

研究了可用于磁场传感器的磁电复合材料,对传统的磁电复合材料进行了结构创新,采用条状PZT和Terfenol-D的材料体系,用热固树脂进行粘合,Terfenol-D沿长度方向磁化且PZT条沿厚度方向极化。与传统的1-3型复合不同的是:每根PZT的输出极被串联起来。在同样的磁场激励下,新型复合材料的输出电压为相同体积的同种结构复合材料的2.2倍,增强了材料对磁场的灵敏度和抗噪声性能。

关键词：磁电复合材料 PZT Terfenol-D 条状串联

基于磁场传感器的层状磁电复合材料动态特性的有限元模型研究

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仪器仪表学报 2010年第7期31卷 1528-1533页

作者：张纳王博文李淑英王志华黄文美翁玲河北工业大学电磁场与电器可靠性省部共建重点实验室天津300130

依据Hamilton变分原理,运用有限元方法建立了用于磁场传感器的核心元件—磁电复合材料动态特性的有限元模型。应用所建立的模型求解了LT型Terfenol-D/PZT/Terfenol-D三层磁电复合材料的输出特性,并与实验结果进行对比分析。结果发现当... 详细信息

依据Hamilton变分原理,运用有限元方法建立了用于磁场传感器的核心元件—磁电复合材料动态特性的有限元模型。应用所建立的模型求解了LT型Terfenol-D/PZT/Terfenol-D三层磁电复合材料的输出特性,并与实验结果进行对比分析。结果发现当静态偏置磁场为22.1 kA/m,正弦交流驱动磁场为7.4 kA/m、频率100 Hz时,计算结果和实验结果误差为0.9%。表明该模型适用于磁电复合材料输出特性为线性变化的区域。

关键词：磁电复合材料有限元 Hamilton原理磁致伸缩材料压电材料

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含不完美界面的磁电复合材料倾斜裂纹问题

复合材料学报 2018年第12期35卷 3474-3486页

作者：刘宝汉万永平同济大学航空航天与力学学院上海200092

研究了含非完美界面的双层压电/压磁复合材料中压电相存在一个倾斜于界面的III型裂纹问题。采用弹簧型耦合界面模型模拟非完美界面,运用Fourier积分变换法将裂纹面条件转化为奇异积分方程,并使用Lobatto-Chebyshev方法数值求解了裂纹尖... 详细信息

研究了含非完美界面的双层压电/压磁复合材料中压电相存在一个倾斜于界面的III型裂纹问题。采用弹簧型耦合界面模型模拟非完美界面,运用Fourier积分变换法将裂纹面条件转化为奇异积分方程,并使用Lobatto-Chebyshev方法数值求解了裂纹尖端应力强度因子(SIF)。详细地研究了裂纹尖端SIF与界面参数、压电/压磁材料参数和材料的层厚、裂纹的倾斜角、裂纹与界面的距离等几何参数的关系。结果表明:力学不完美性可以独立地增大SIF,而磁学、电学不完美性只有与力学不完美性耦合时才会减小SIF;力学-电学、力学-磁学不完美性的耦合会减小SIF,而磁学-电学不完美性的耦合不会影响SIF;磁场作用下,增大压磁层弹性模量会减小SIF,而增大压电层压电系数,减小压电层弹性模量和介电常数,均会减小SIF;界面不完美性会影响SIF随裂纹倾斜角度或裂纹与界面之间距离的变化规律;在一定范围内增加压电层或压磁层厚度可以减小SIF。

关键词：磁电复合材料非完美界面 Ⅲ型倾斜裂纹 Fourier积分变换奇异积分方程应力强度因子

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磁电复合材料的制备和理论分析

应用声学 2009年第6期28卷 465-471页

作者：蔡春芳李全禄陕西师范大学物理学与信息技术学院应用声学研究所西安710062 汉中职业技术学院汉中723000

压磁-压电复合材料是一种新型的多功能材料,兼具压电性和压磁性,磁电耦合效应远高于单相材料。本文介绍了磁电复合材料的制备方法和理论问题,涉及了磁电复合材料中的缺陷影响,提出了今后的发展方向。

关键词：磁电复合材料磁电效应制备方法理论分析

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磁电复合材料的研究现状及展望

电子元件与材料 2009年第4期28卷 71-74页

作者：李涛贾利军张怀武殷水明陈世钗电子科技大学电子薄膜与集成器件国家重点实验室四川成都610054

介绍了国内外磁电复合材料的研究历史和制备方法,如混相法,铁电/铁磁材料层状复合法。探讨了磁电复合材料应用研究中亟待解决的问题,指出了今后的发展趋势是改进复合材料的设计方法、制备工艺和集成器件应用。

关键词：磁电复合材料研究现状综述展望

磁电复合材料力—磁—电—热耦合行为及在磁电天线中的应用

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磁电复合材料力—磁—电—热耦合行为及在磁电天线中的应用

作者：赵晋阳西安电子科技大学

学位级别：硕士

磁电复合材料是一种同时具有磁性和电性能的材料,其独特的性质使其在传感器、天线和能量转换器等诸多领域中的应用前景广阔。磁电复合材料的性能不仅受其宏观结构和成分的影响,还受其细观结构和材料参数的影响,磁电复合材料的细观力学... 详细信息

磁电复合材料是一种同时具有磁性和电性能的材料,其独特的性质使其在传感器、天线和能量转换器等诸多领域中的应用前景广阔。磁电复合材料的性能不仅受其宏观结构和成分的影响,还受其细观结构和材料参数的影响,磁电复合材料的细观力学行为研究可以深入了解复合材料行为的潜在机制,并有助于优化复合材料的性能,同时还可以促进这些复合材料的新应用的开发。由于磁电复合材料具有独特的细观力学性能,其在各个领域具有很大的应用潜力,采用磁电复合材料作为主体构成部分的体声波磁电天线是目前比较新兴的应用之一。本文旨在建立描述磁电复合材料力-磁-电-热耦合的三维非线性细观力学模型,并对使用磁电复合结构作为主体的体声波磁电天线性能展开研究。主要研究内容如下:1.建立磁电复合材料三维非线性力-磁-电-热耦合细观力学模型。基于高保真广义胞元方法(HFGMC),以磁致伸缩和压电材料本构方程为基础,建立磁电复合材料非线性力-磁-电-热耦合细观力学模型,通过模型计算结果与实验测量结果比较验证了模型的有效性,并分别针对颗粒型复合结构、单向连续纤维复合结构以及层状复合结构的力学性能进行了数值计算和对比分析。2.建立基于磁电复合材料的低频体声波磁电天线的三维有限元模型。考虑温度对材料力学性能的影响,以三层对称的Metglas/PZT/Metglas磁电复合结构为研究对象,分析了低频体声波磁电天线的理论机制,模型预测结果与实验测试结果相比较验证了模型的有效性,并分析了温度对低频体声波磁电天线性能的影响规律。3.研究体声波磁电天线性能的影响因素。对比了颗粒型(0-3型)复合结构磁电天线和层状(2-2型)复合结构磁电天线的性能,结果表明,两种磁电天线的性能有各自侧重的优点:颗粒型复合结构磁电天线的磁电输出响应较大,且天线的回波损耗较小,天线传输效率更高;层状复合结构磁电天线的工作带宽较大。分析了天线阵列对磁电天线性能的影响,通过对三层结构的磁电单元多级串并联构建磁电天线阵列。结果表明,磁电单元串联可以提高体声波磁电天线的输出响应,磁电单元并联输出响应相较于单个单元会略降低,但磁电单元并联能够拓宽磁电天线带宽,使其满足电性能要求的频率范围增加。在实际工程应用中可以通过改变磁电复合细观结构、设计串并联阵列等方式来设计和制备符合工程需求的磁电天线。综上所述,本文从细观力学角度对磁电复合材料力学性能以及磁电复合器件理论机制进行研究,研究结果可为实际工程应用提供了理论指导和参考依据。

关键词：磁电复合材料多场耦合细观力学高保真广义胞元方法体声波磁电天线