磁致伸缩/压电层状复合材料具有显著的磁电效应,能够实现磁场能与电场能量之间的互相转换,可以应用于微波、传感、存储以及自旋领域等。对磁电复合材料的实验研究集中在如何提高磁电系数、设计高灵敏磁场传感器方面和电场调控磁性能等方面,而理论研究旨在建立准确的模型分析磁致伸缩材料和压电材料之间的应变耦合关系,并研究和预测其他外部因素对磁电转换能力的影响等。本论文以磁致伸缩/压电层状复合材料为研究对象,对磁电效应的非线性磁-力-电多场耦合关系、非对称层状磁电复合材料的弯曲振动和平面伸缩耦合工作模式、纳米磁电复合薄膜材料的表面效应和尺寸效应、基于逆磁电效应的电场驱动非易失性磁化翻转和周期性磁化振荡、探索LTCC技术和流延工艺制备层状磁电复合陶瓷材料等方面进行了研究。具体研究内容如下:首先,采用完整描述磁致伸缩材料中复杂磁-力耦合特点的非线性本构关系,结合等效电路法,针对层状磁电复合材料建立了非线性磁电效应理论模型。通过该理论模型所得到的预测结果与实验测试结果吻合良好,证实模型的有效性。预测了偏置磁场和预应力共同作用下的静态和谐振状态的磁电效应,结果表明:选择适当的预应力可以提高磁电效应,同时降低最优偏置磁场。其次,在渐近理论的基础上,针对非对称多层磁电复合材料,建立了厚度弯曲和长度伸缩耦合模式的磁电效应理论分析模型。通过该耦合模型预测得到的磁电系数与实验结果较好吻合,证实模型的有效性。研究了组分材料的基本参数和弹性层厚度对耦合模式的磁电系数和谐振频率的影响,结果表明:含有弹性层的磁电复合材料,磁电系数与压电体积分数和弹性层厚度比之间的关系较为复杂;存在一定的弹性层厚度使得磁电系数提高;谐振频率随着弹性层厚度的增加而增加。接着,针对含有弹性层的磁电复合薄膜材料,基于扩展的Gurtin-Murdoch(GM)理论,采用弹性力学法,引入描述磁致伸缩材料和压电材料的表面磁致伸缩效应和表面压电效应,建立了新型的薄膜磁电效应理论模型,并研究了表面效应、偏置磁场和弹性层厚度等对磁电效应的影响。结果表明:表面层特征长度与基体厚度的厚度比越大,表面效应也越明显;表面效应可以提高磁电系数;当表面特征长度与基体厚度比足够小时,结构上接近宏观尺度,此时可以忽略表面效应。然后,为了揭示在磁电复合材料中磁性材料的磁化状态随所施加电压的演变过程,将微磁相关理论和有限元方法结合建立了磁电复合材料的多场耦合有限元模型。结合磁性材料单元形状各向异性和磁电效应,探讨了电场调控磁化翻转的物理机制,理论上设计了一种磁电复合结构。有限元模拟结果表明:磁性纳米单元在两对脉冲电压的作用下实现了单向、非易失性180°磁化翻转。在直流脉冲电压可诱导磁化翻转的基础上,提出交流电压可驱动磁化振荡的目标,理论上设计了基于磁电复合材料的电场驱动磁化振荡结构。结果表明:电压驱动磁化振荡的频率与所施加的交流电压频率相同,稳定磁化振荡的线宽相比于磁场驱动的振荡要小。最后,对基于LTCC技术和流延成型工艺制备层状磁电复合陶瓷材料进行初步研究,同时将本论文中提出的磁电效应模型用于分析复合陶瓷的磁电耦合机理,与实验测试结果的对比证实了本论文中提出的非线性磁电效应模型适合用于研究各种以应变为媒介的层状磁电材料。总之,本论文采用理论推导、数值计算、有限元模拟和实验性探讨等办法,研究了层状磁电复合材料中磁-力-电多场耦合关系,探索了磁电效应的基本变化规律。这些研究内容,一方面不仅进一步完善了层状磁电复合材料的磁电效应理论模型,同时也为基于磁电复合材料进行设计、优化磁电传感器、电场调控磁性器件和自旋电子器件等提供了重要的基础指导。