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磁致伸缩/压电层叠复合材料磁电效应分析

周勇 李纯健 潘昱融

磁致伸缩/压电层叠复合材料磁电效应分析

周勇, 李纯健, 潘昱融
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  • 采用有限元分析软件COMSOL5.0建立了三维悬臂梁模型,分析了磁致伸缩/压电/磁致伸缩叠层复合材料的磁电系数αME,并就几何参数对复合结构磁电系数的影响进行了优化分析.首先,利用稳态求解器研究了磁电层状复合结构内部的应力、应变、位移以及电势分布情况,利用瞬态求解分析了磁电复合结构各变量动态分布规律;其次,应用小信号频域分析研究了该结构的谐振频率以及在不同偏置磁场对输出电压的影响,结果表明,随着直流偏置磁场的增加,输出电压逐渐减小.改变复合材料不同层的厚度,分析了磁电层与压电层厚度比tm/tp对磁电系数的影响,结果表明,随着厚度比增加,αME逐渐增大,其增加速率逐渐减小;最后,分析了磁电系数αME随复合结构面积、长宽比的变化情况.分析表明,αME随磁电复合结构面积的增加逐渐增加,其增加速率逐渐减小;当磁电复合结构面积恒定时,其磁电系数随长宽比L/W增加表现出先增加后减小的趋势,存在最优值.
      通信作者: 周勇, zhouyong@nuist.edu.cn
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号:61601231)、江苏省自然科学基金(批准号:BK20140999)和江苏省气象传感网技术工程中心开放基金(批准号:KDXG1302)资助的课题.
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-10-25
  • 修回日期:  2018-01-19
  • 刊出日期:  2018-04-05

磁致伸缩/压电层叠复合材料磁电效应分析

  • 1. 南京信息工程大学电子与信息工程学院, 南京 210044;
  • 2. 江苏省气象传感网技术工程中心, 南京 210044
  • 通信作者: 周勇, zhouyong@nuist.edu.cn
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号:61601231)、江苏省自然科学基金(批准号:BK20140999)和江苏省气象传感网技术工程中心开放基金(批准号:KDXG1302)资助的课题.

摘要: 采用有限元分析软件COMSOL5.0建立了三维悬臂梁模型,分析了磁致伸缩/压电/磁致伸缩叠层复合材料的磁电系数αME,并就几何参数对复合结构磁电系数的影响进行了优化分析.首先,利用稳态求解器研究了磁电层状复合结构内部的应力、应变、位移以及电势分布情况,利用瞬态求解分析了磁电复合结构各变量动态分布规律;其次,应用小信号频域分析研究了该结构的谐振频率以及在不同偏置磁场对输出电压的影响,结果表明,随着直流偏置磁场的增加,输出电压逐渐减小.改变复合材料不同层的厚度,分析了磁电层与压电层厚度比tm/tp对磁电系数的影响,结果表明,随着厚度比增加,αME逐渐增大,其增加速率逐渐减小;最后,分析了磁电系数αME随复合结构面积、长宽比的变化情况.分析表明,αME随磁电复合结构面积的增加逐渐增加,其增加速率逐渐减小;当磁电复合结构面积恒定时,其磁电系数随长宽比L/W增加表现出先增加后减小的趋势,存在最优值.

English Abstract

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