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谐振型自偏置磁电换能器的建模与性能研究
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作者 谢冰鸿 徐国凯 +3 位作者 雷保新 肖绍球 喻忠军 朱大立 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第14期228-238,共11页
基于磁化等效和非线性磁致伸缩本构关系,建立了L-T模式下的自偏置磁电换能器的多物理场耦合仿真模型,研究了弯曲、伸缩谐振模式下的磁电耦合性能.在所建模型基础上,制备了相应的实验样品进行测试.实测结果与仿真数据相吻合,从而验证了... 基于磁化等效和非线性磁致伸缩本构关系,建立了L-T模式下的自偏置磁电换能器的多物理场耦合仿真模型,研究了弯曲、伸缩谐振模式下的磁电耦合性能.在所建模型基础上,制备了相应的实验样品进行测试.实测结果与仿真数据相吻合,从而验证了模型的准确性和有效性.实测结果表明,Metglas/Galfenol/PZT-5A结构在伸缩谐振模式下展现出更为显著的自偏置磁电效应,其磁电系数为10.7 V·cm^(–1)·Oe^(–1)@99.4 kHz,磁电功率系数为5.01μW·Oe^(–2)@97.9 kHz.无需阻抗匹配,其有载磁电功率系数最高可达4.62μW·Oe^(–2)@99.3 kHz.施加外部偏置磁场至25 Oe,磁电系数可提升至47.06 V·cm^(–1)·Oe^(–1)@99.4 kHz,磁电功率系数提升至82.13μW·Oe^(–2)@99 kHz.进一步的仿真研究表明,高磁导率层厚度的增加能显著提升自偏置磁电换能器的性能:当Metglas层厚度增加至90μm时,磁电系数和功率系数分别提升至原先的2.47倍和6.96倍.自偏置磁电换能器具备减少对外部偏置磁场依赖的能力,为磁电复合材料在低频无线功率传输系统中的应用与发展提供了新途径. 展开更多
关键词 磁电换能器 自偏置磁电效应 高磁导率层 磁电功率系数
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Analytical solutions for full-field radiations of magnetoelectric antennas with nonlinear magnetoelastic coupling
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作者 Baoxin Lei Zhixiong You +1 位作者 Zhidong Zhang Yang Shi 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2024年第7期109-121,共13页
This paper presents analytical solutions for full-field radiation in magnetoelectric(ME)antennas,considering a fully magnetoelastic coupled constitutive relation.A nonlinear converse ME coupling model is established,i... This paper presents analytical solutions for full-field radiation in magnetoelectric(ME)antennas,considering a fully magnetoelastic coupled constitutive relation.A nonlinear converse ME coupling model is established,incorporating mechanical,electric,and magnetic variables with generalized Maxwell equations.This model emphasizes the essence of ME antennas,where radiation is achieved through strain/stress-mediated coupling between different phases.The magnetic flux density and electric displacement obtained from the model are used as sources to solve the full-field radiations of ME antennas.The proposed model is validated through existing experiments and simulations,demonstrating that the radiation performance of ME antennas is strongly influenced by nonlinear magneto-elastic coupling.The material parameters and magnetic bias significantly impact the magnetic flux density and far-field radiation due to the nonlinear magnetization process.The study reveals the mechanisms behind enhanced working bandwidth and frequency tuning by examining the frequency response of the radiation impedance with material parameters.By adjusting the initial magnetization rate,saturation magnetostriction,and saturation magnetization,the radiation efficiency/gain can be increased by 340%,108%,and 112%respectively.This model enhances our understanding of the full-field radiation of ME antennas and provides a foundation for designing tunable ME antennas. 展开更多
关键词 ME antenna Full-field radiation Magneto-elastic coupling Radiation patterns
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声激励磁电天线的近场辐射模型
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作者 师阳 雷保新 游智雄 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2023年第12期126-137,共12页
本文在考虑全磁-弹耦合的磁致伸缩本构关系的基础上,提出了声激励磁电天线的近场辐射解析模型.采用等效参数法将磁致伸缩相的非线性引入到磁电天线的控制方程,推导出了天线近场辐射的解析表达式.首先计算了磁电天线中的应力分布,然后将... 本文在考虑全磁-弹耦合的磁致伸缩本构关系的基础上,提出了声激励磁电天线的近场辐射解析模型.采用等效参数法将磁致伸缩相的非线性引入到磁电天线的控制方程,推导出了天线近场辐射的解析表达式.首先计算了磁电天线中的应力分布,然后将应力场作为源来求解磁感应强度、辐射能、平均辐射功率和辐射阻抗等.对于导纳和阻抗理论预测值与数值仿真和实验结果完全吻合.研究了外界激励对电磁天线辐射性能的影响,从理论上评估了磁电天线在复杂磁场和应力条件下的工作性能;确定了磁电天线实现最大辐射所需的最优偏磁场值,并发现该磁场值随预应力的变化规律.研究表明,当外加磁场小(大)于最优偏磁场时,采用拉(压)应力可以提高辐射功率.本文模型有望为声激励磁电天线的性能评估和调节提供一定的理论依据. 展开更多
关键词 近场辐射 天线辐射 磁致伸缩 辐射功率 辐射阻抗 磁电 磁感应强度 应力条件
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