磁电层状结构中声表面波传播的若干问题研究

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磁电复合材料具有磁电效应,无需借助于其它器件就能方便地进行磁-电-力之间的能量转换,这种磁电效应使得磁电复合材料在许多方面有着广泛的应用,比如磁电传感器、磁电谐振器和其他微波器件等。磁电元器件的基本构型常常采用层状结构。磁电层状结构中的表面波传播研究具有重要的理论意义和应用价值。本文将对粘性流体、非完美界面和磁电材料周期性变化等对表面波传播的影响进行探讨,主要内容有:  (1)研究了具有粘性流体非完美界面压电层状结构中的SH波的传播。利用线弹簧模型来模拟压电层和弹性基体间的非完美连接行为,详细分析和讨论了非完美连接对SH波传播的效应。计算表明,非完美连接对SH波的影响非常显著。SH波的相速度随着界面非完美参数的增大而减小,衰减随着非完美参数的增大而增大。  (2)研究了具有粘性流体功能梯度磁电层状结构中的SH波的传播。利用传递矩阵法推导了压磁材料梯度变化时电磁学开路和短路边界条件下的频散关系,讨论了流体粘性系数、压磁覆盖层弹性常数和压磁常数梯度变化对相速度的作用。结果显示,弹性常数或压磁常数的梯度变化对衰减、相速度和频率作用显著,相速度随着梯度因子的增大而增大,衰减则随着梯度因子的增大而减小。  (3)分析了覆有粘弹性层的磁电层状结构中的SH波的传播。求解了SH波在多层结构中电磁学开路和短路边界条件下的频散关系,讨论了粘弹性层的粘性系数和厚度对相速度和衰减的作用。结果表明,粘弹性层对SH波的传播影响不容忽视。  (4)利用平面波展开法研究了电磁学开路和短路边界条件下的一维磁电声子晶体层状结构中的SH波的传播。详细地讨论了覆盖层的弹性常数、压电常数、压磁常数、密度和厚度对禁带宽度的影响。我们发现:覆盖层材料参数的变化会对禁带宽度产生很大的影响,禁带宽度随着覆盖层材料参数的增大而增大,而且覆盖层与基体间材料参数差异越大,产生的SH波禁带宽度也越大。  (5)分析了一维磁电声子晶体层状结构中的Rayleigh波的传播。利用平面波展开法推导了电磁学开路和短路边界条件下Rayleigh波的频散方程,给出和讨论了压磁系数和覆盖层厚度对禁带宽度的作用。数值算例表明:禁带宽度与覆盖层厚度和压磁常数密切相关,我们可以通过调整覆盖层厚度和压磁常数来获取更大的禁带宽度。  (6)分析了具有非完美界面的一维磁电声子晶体层状结构中SH波的传播。探讨了界面非完美参数与声子晶体禁带宽度之间的关系,给出了不同非完美参数和不同电磁学边界条件下的频散曲线。从结果中可以看出,禁带宽度与界面非完美参数的关系是非线性的,禁带宽度一开始随着界面非完美参数的增大而增大,到达一定程度时,禁带宽度的大小逐渐趋于常数。  (7)研究了二维压电声子晶体层状结构中Rayleigh波的传播。利用平面波展开法推导了Rayleigh波的频散方程,给出了电学开路和短路边界条件下的能带结构图和禁带宽度随着填充率变化曲线。其结果可为新型声波器件的设计和应用提供理论依据。
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