圆柱壳式压电—压磁复合结构的磁电效应研究

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未来科技的发展趋势是智能化,简捷化,节能化。材料行业是科技发展的基础行业。而磁电复合材料作为磁、电之间能量转化的智能材料,在新材料研发创新与应用创新领域将扮演日益重要的角色。其中层状磁电复合材料是磁电材料中磁电效应最强的一种复合材料。本文开展了层状圆柱壳式压电-压磁材料的研究,考虑了不同因素(外载磁场、模型几何结构、功能梯度形式)等对磁电效应的影响,从而得到增强磁电效应的有效方法。首先,对沿径向极化的压电压磁圆柱壳径向振动情形,根据三维线弹性理论与压电弹性理论,分别推导出了均匀和功能梯度的压电和压磁圆柱壳纯径向变形时的控制方程,并得到解析解。其次,引进外载简谐磁场激励,基于理论工作部分给出了磁电效应系数表达式,建立了两层与三层圆柱壳式压电-压磁圆柱壳式复合结构的分析模型。最后,基于建立的力学模型,展开了相关数值计算,得到了磁电效应的关系曲线。得到以下结论:外载磁场、几何结构(半径比率、压电层的厚度比率)及功能梯度形式等因素均对磁电效应有重要影响。不同复合方式下,磁电效应的变化规律不尽相同。对于压电压磁圆柱壳复合结构,可以施加谐振磁场激励,获得较显著的磁电效应;对于均匀压电压磁圆柱壳复合结构,可以通过减小内径比率,可以提高磁电效应;对于压电压磁复合圆柱壳,可以采用适当的功能梯度形式和通过选用恰当的组合方式,增强磁电效应。
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