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GMM/弹性板/PZT层状复合结构的纵振磁电响应

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物理学报 2008年第7期57卷 4545-4551页

作者：杨伟伟文玉梅李平卞雷祥重庆大学光电工程学院教育部光电技术及系统重点实验室重庆400030

利用Hamilton原理推导GMM/弹性板/PZT三层层状复合结构的运动方程,在推导中考虑层间胶层的作用,包括其剪切变形和纵向变形产生的效果;应用运动方程,根据层状复合结构的边界条件,推导复合结构的固有频率方程,并结合压磁和压电方程,得到... 详细信息

利用Hamilton原理推导GMM/弹性板/PZT三层层状复合结构的运动方程,在推导中考虑层间胶层的作用,包括其剪切变形和纵向变形产生的效果;应用运动方程,根据层状复合结构的边界条件,推导复合结构的固有频率方程,并结合压磁和压电方程,得到层状复合结构在不同固有频率处的磁电响应.对比磁电响应的频率特性的理论值和实验值,频率误差在9.42%以内,磁电电压转化系数的理论值与实验值符合,并讨论了弹性板的尺寸变化对层状复合结构谐振频率的影响.

关键词：层状复合结构磁电响应 Hamilton原理运动方程

采用阶梯形弹性基底的磁致伸缩/压电复合结构磁电响应研究

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物理学报 2009年第1期58卷 546-553页

作者：张延芳文玉梅李平卞雷祥重庆大学光电工程学院教育部光电技术及系统重点实验室重庆400030

利用阶梯形变幅杆的应变放大作用,构造了磁致伸缩/阶梯形弹性基底/压电复合结构.采用等效电路法分析了沿长度方向振动复合结构的一阶磁电响应.计算了Terfenol-D/阶梯形铍青铜基底/PZT-5H复合结构的磁电响应,并与实际结构的磁电响应进行... 详细信息

利用阶梯形变幅杆的应变放大作用,构造了磁致伸缩/阶梯形弹性基底/压电复合结构.采用等效电路法分析了沿长度方向振动复合结构的一阶磁电响应.计算了Terfenol-D/阶梯形铍青铜基底/PZT-5H复合结构的磁电响应,并与实际结构的磁电响应进行了比较,由于理论分析中忽略了胶层产生的损耗,理论值和实验结果的变化规律相似,但是谐振频率点和磁电电压转换系数有一定的差异.同时比较了阶梯形基底和等截面杆基底复合结构,分析表明前者具有更高的磁电电压转换系数.研究了阶梯形弹性基底长度比及层厚比对复合结构纵振动一阶模态的磁电电压转化系数的影响:当1)阶梯形变幅杆宽端长度与总长的比值为0.45时;2)阶梯形弹性基底厚度是Terfenol-D厚度的1/4时,复合结构的磁电电压转换系数最大.

关键词：磁电效应磁致伸缩/压电复合结构磁电响应

FeGa/PZT圆柱体复合材料非线性瞬态磁电响应研究

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自动化与仪器仪表 2022年第5期 185-188页

作者：张紫嫣鲁彩江曹中清王景琦肖小兵杨爱超西南交通大学机械工程学院成都610031 贵州电网有限责任公司电力科学研究院贵阳550005 国网江西省电力有限公司供电服务管理中心南昌330013

磁致伸缩/压电复合材料在磁场探测领域极具应用前景,然而,瞬态磁场激励下复合材料的非线性磁电效应尚未明确。研究了FeGa/PZT圆柱体复合材料在瞬态磁场激励下的磁电响应特性。实验发现,在瞬态磁场激励下,复合材料输出电压存在阻尼振荡现... 详细信息

磁致伸缩/压电复合材料在磁场探测领域极具应用前景,然而,瞬态磁场激励下复合材料的非线性磁电效应尚未明确。研究了FeGa/PZT圆柱体复合材料在瞬态磁场激励下的磁电响应特性。实验发现,在瞬态磁场激励下,复合材料输出电压存在阻尼振荡现象,且振荡周期为其固有周期;当瞬态磁场宽度为固有周期倍数时,阻尼振荡现象几乎消失。另外,研究了FeGa/PZT材料对瞬态磁场宽度和幅值的传感特性。结果表明,材料输出电压脉宽与瞬态磁场脉宽呈线性变化;复合材料对10μs、25μs宽度瞬态磁场幅值测量灵敏度分别为17.329 mV/Oe和24.405 mV/Oe。由此可知,FeGa/PZT材料在瞬态磁场测量领域有极大的应用前景。

关键词：磁电响应瞬态磁场磁电复合材料振荡

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磁致/压电/磁致层合材料磁电响应分析

传感技术学报 2006年第6期19卷 2371-2375页

作者：杨帆文玉梅郑敏李平重庆大学光电工程学院国家教育部光电技术及系统重点实验室重庆400030

对沿长度方向振动(LT模式)的磁致/压电/磁致(MPM)层合材料的磁电响应进行了理论分析,其中磁致层沿长度方向磁化,压电层沿厚度方向极化.从压电效应和压磁效应本构方程出发,结合材料的机械运动学方程和电路状态方程,重新推导了LT模式下MP... 详细信息

对沿长度方向振动(LT模式)的磁致/压电/磁致(MPM)层合材料的磁电响应进行了理论分析,其中磁致层沿长度方向磁化,压电层沿厚度方向极化.从压电效应和压磁效应本构方程出发,结合材料的机械运动学方程和电路状态方程,重新推导了LT模式下MPM结构的等效电路,完善了文献中的方法,得到了复合材料的磁电电压系数、开路电流、材料内阻、可供电功率与压电、磁致材料各物理参数以及体积参数之间的关系式.以Terfenol-D/PZT/Terfenol-D层合材料为例,对材料磁电响应进行了数值计算,将计算结果与相关实验结果进行了比较.利用磁电响应仿真结果,对磁电层合材料用于磁敏传感器以及自供电换能器进行了讨论.

关键词：压电材料磁致伸缩材料磁电响应自生电传感能量收集

GMM/PZT/GMM层合材料的纵振磁电响应

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仪表技术与传感器 2009年第B11期 31-33,40页

作者：文玉梅周丽萍李平卞雷祥重庆大学光电工程学院教育部光电技术及系统重点实验室重庆400030

层状复合结构层间胶层和复合材料的机械损耗是影响层状磁电复合材料磁电响应的重要因素。为了考虑层间胶层的作用,包括其纵向变形和剪切变形产生的效果,应用Hamilton原理建立层状复合结构的运动方程,并用复柔顺系数来反映材料的机械损... 详细信息

层状复合结构层间胶层和复合材料的机械损耗是影响层状磁电复合材料磁电响应的重要因素。为了考虑层间胶层的作用,包括其纵向变形和剪切变形产生的效果,应用Hamilton原理建立层状复合结构的运动方程,并用复柔顺系数来反映材料的机械损耗特性。结合层状复合结构的边界条件和磁致伸缩/压电本构方程,就可以得到考虑了胶层作用和材料损耗时,复合结构的固有频率和磁电响应。对GMM(超磁致伸缩材料)/PZT(压电材料)/GMM结构的磁电响应进行了数值计算,将计算结果与实验结果进行了比较,证明考虑胶层作用并引入材料的损耗能够更准确预测复合材料的磁电换能特性。

关键词：磁电响应层状复合材料材料损耗 Hamilton原理

考虑胶层及材料损耗的磁致伸缩/压电层合材料磁电响应研究

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考虑胶层及材料损耗的磁致伸缩/压电层合材料磁电响应研究

作者：周丽萍重庆大学

学位级别：硕士

磁致伸缩/压电层状复合材料的磁电效应是由磁致伸缩层和压电层的“乘积效应”产生的:在磁场的作用下,磁致伸缩层产生应力或应变,此机械运动通过胶层传递到压电层,压电层由于压电效应而产生电场,从而实现磁电转换。这种磁电层合材料结构... 详细信息

磁致伸缩/压电层状复合材料的磁电效应是由磁致伸缩层和压电层的“乘积效应”产生的:在磁场的作用下,磁致伸缩层产生应力或应变,此机械运动通过胶层传递到压电层,压电层由于压电效应而产生电场,从而实现磁电转换。这种磁电层合材料结构简单,制备容易,而且磁电转换系数大,是一种自发电式的敏感材料,可以高效地实现磁能和电能之间的转换。沿长度方向振动的磁电复合材料不但保持了沿厚度方向振动磁电层状复合材料制备简单、磁电转换系数高的优点,而且所需偏置磁场较小,更适合实际应用。本文对沿长度方向振动的磁致伸缩/压电层状复合材料的磁电响应进行分析,其中磁致伸缩层沿长度方向磁化,压电层沿厚度方向极化。层状复合结构层间胶层和复合材料的机械损耗是影响磁致伸缩/压电层合材料磁电响应的重要因素。为了考虑层间胶层的作用,包括其纵向变形和剪切变形产生的效果,应用Hamilton原理可以建立起叠层结构各层的运动方程,运动方程的系数由材料参数确定,并用复柔顺系数来反映材料的机械损耗特性。结合层状复合结构的边界条件和磁致伸缩/压电本构方程,就可以得到考虑了胶层作用和材料损耗时,复合结构的固有频率和磁电响应。并讨论了胶层和机械损耗对层合结构频率特性和磁电响应特性的影响。针对上述的分析只使用了开路电学边界条件,不可能进一步分析材料在一般有负载及短路状态的情况,亦即不能完整地分析材料的磁电响应特征的情况下,利用Hamilton原理结合等效电路法对磁致伸缩/压电层状复合结构的磁电响应进行分析,并引入复柔顺系数来表示材料的机械损耗,得到层状复合结构的开路电压、谐振频率方程、短路电流和内电阻等。制备了Terfenol-D/PZT-5H、Terfenol-D/PZT-5H/Terfenol-D层合实验样片,介绍了层合材料的制备方法及注意事项,对实验测试原理进行了阐述。用动态测试方法在测试装置上对样品的磁电响应进行测试。将实验测量值与数值计算值进行对比分析,证明引入胶层的作用和材料的损耗能够更准确地预测复合材料的磁电换能特性。

关键词：磁电响应磁致伸缩/压电层合材料材料损耗 Hamilton原理

基于Terfenol-D和驻极体的磁电传感系统的磁电响应

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基于Terfenol-D和驻极体的磁电传感系统的磁电响应

作者：高天翔中国计量大学

学位级别：硕士

目前,基于磁电复合材料的磁电传感系统在磁场探测,磁能转换、磁性传感等方面有着广泛的研究,但是磁电复合材料的制备工艺相对较复杂且一般需要外供电才能发挥作用。本文采用具有制备简单、无需外供电以及磁电转化率高的Terfenol-D材料... 详细信息

目前,基于磁电复合材料的磁电传感系统在磁场探测,磁能转换、磁性传感等方面有着广泛的研究,但是磁电复合材料的制备工艺相对较复杂且一般需要外供电才能发挥作用。本文采用具有制备简单、无需外供电以及磁电转化率高的Terfenol-D材料并结合驻极体材料,通过两种简单的复合方法,构造了两种新型的磁电传感系统。实验检测了两种系统的磁电响应随偏置磁场、信号电压、信号频率的变化的规律,并利用Comsol软件模拟磁电系统。结果显示:（1）实验检测和软件模拟结果表明两种系统的电容都随着偏置磁场的增大而增大;（2）两种系统的磁电响应都随这偏置磁场的变化而变化,但变化趋势相反;（3）两种系统的磁电响应随信号电压变化规律一致,感应输出电压随着输入信号电压（或信号磁场）的增大而线性增大;（4）感应输出电压值随着输入电压频率的变化而变化。这些结果证明了这类磁电传感系统在直流磁场和交流磁场的检测以及磁电转换方面有着潜在的应用性。实验结果也为磁电效应在磁电传感方面的应用提供了一种新思路。

关键词：磁电传感 Terfenol-D 驻极体磁电响应

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铁磁合金/压电材料复合磁电效应研究

传感器与微系统 2010年第1期29卷 62-64,68页

作者：高秋岭李平重庆大学光电工程学院国家教育部光电技术及系统重点实验室重庆400044

利用高机械品质因数的FeNi基弹性合金,构造了不等长的FeNi基弹性合金/压电叠层磁电复合材料。采用等效电路法分析了复合结构的磁电电压系数、谐振频率、机械品质因数和最大输出功率与磁致伸缩—压电层长度比之间的关系。结果表明:磁电... 详细信息

利用高机械品质因数的FeNi基弹性合金,构造了不等长的FeNi基弹性合金/压电叠层磁电复合材料。采用等效电路法分析了复合结构的磁电电压系数、谐振频率、机械品质因数和最大输出功率与磁致伸缩—压电层长度比之间的关系。结果表明:磁电电压系数、机械品质因数及最大输出功率随着FeNi基弹性合金长度的增加而增大并趋于常数,谐振频率随着FeNi基弹性合金长度的增加而减小。

关键词：磁电效应磁致伸缩材料磁电响应

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铁磁合金/压电材料复合磁电效应研究

铁磁合金/压电材料复合磁电效应研究

作者：高秋岭重庆大学

学位级别：硕士

磁电复合材料因其显著的磁电效应受到越来越多的关注。磁电复合材料可以用于磁电换能器、磁传感器等。本文将高机械品质因数的FeNi基弹性合金(3YC4)和压电材料(PZT8)复合,构造了一种新型的高Q值磁电谐振器—FeNi基弹性合金/压电叠层磁... 详细信息

磁电复合材料因其显著的磁电效应受到越来越多的关注。磁电复合材料可以用于磁电换能器、磁传感器等。本文将高机械品质因数的FeNi基弹性合金(3YC4)和压电材料(PZT8)复合,构造了一种新型的高Q值磁电谐振器—FeNi基弹性合金/压电叠层磁电复合材料。这种层状磁电复合材料结构简单、制备容易且磁电转换效率高。谐振频率可由FeNi基弹性合金长度调控,是一种自发电式的敏感功能材料,可以实现磁能和电能之间的转换。层状磁电复合材料的磁电转换系数与其机械品质因数成正比,本文首先利用叠层复合材料的机械品质因数计算公式分析FeNi基弹性合金/压电复合材料的机械品质因数,分析表明增加FeNi基弹性合金长度可以提高其机械品质因数。将不等长的FeNi基弹性合金/压电叠层复合材料分为三部分,运用等效电路法推导了各部分的等效电路,根据分界面处位移连续、力平衡条件,将各部分的等效电路有机耦合,得到整个复合结构的等效电路模型。结合等效电路模型对FeNi基弹性合金/压电叠层复合材料的谐振磁电响应进行分析,得到磁电电压系数、机械品质因数、最大输出功率随着FeNi基弹性合金-压电长度比的增加而增大并趋于常数,谐振频率随着FeNi基弹性合金-压电长度比增加而减小。在分析过程中考虑了损耗,并引入了一集总参数形式的电阻。分析了磁电电压转换系数与材料物理参数和几何参数之间的关系制备了FeNi基弹性合金/PZT8叠层实验样片,构建了磁电效应实验系统,阐述了实验测试原理及注意事项。将测量值和理论分析值进行了对比讨论,证明了增加FeNi基弹性合金长度可以提高磁电转换能力和调控谐振频率。

关键词：磁电效应磁致伸缩/压电层合材料磁致伸缩材料磁电响应