与传统电池相比较,环境中丰富的振动和磁场可作为低功耗电子元器件长期稳定自主供能的优势能源。研究表明,环形磁电复合结构通过传递正应力改善了界面耦合,在磁场能量收集方面具有显著优势。同时,利用磁-力-电效应可实现对低频环境振动和磁能的有效收集。但以往的研究很少考虑特殊应力/位移边界条件和材料非线性对环形磁电复合结构磁电性能的影响。此外,传统磁电复合结构的谐振频率高,通常在k Hz以上,且频带窄,很难与环境振动和磁场频率相匹配,导致其在低频环境中的磁电转换效率骤降。为此,开展频率可调的磁电俘能结构的研究并探索新的性能调控方法十分必要。首先,本文考虑了力磁耦合的磁致伸缩非线性本构关系,基于泰勒展开对非线性多场耦合本构关系进行等效,表征了外场相关的材料参数。结合磁-电-弹板的连续介质力学理论和电学麦克斯韦方程,从形式上统一了非线性和线性磁电理论的解析表达形式。通过引入应力边界条件,为调整环形磁电复合结构的应力分布提供了实用可行的方法。通过仿真分析,给出了预应力、偏磁场和输出电场之间复杂的非线性关系,并得到了外场对磁电耦合的调控规律。其次,为解决环形磁电俘能结构谐振频率与低频环境振动和磁场频率难以匹配的问题,结合多稳态结构的运动机理和磁-力-电耦合效应,提出一种三稳态磁电俘能结构,并建立了系统的磁-力-电耦合动力学模型。采用Runge-Kutta方法求解系统的动力学方程,从理论上揭示了三稳态磁电俘能结构的转换机制及关键影响参数,拓宽了系统的频率响应范围,进而提升了系统的输出性能。通过仿真分析,得到了永磁体间的距离参数、振动加速度激励和磁场激励对系统输出特性的影响规律。最后,基于阵列型等特殊结构的优势,提出一种阵列型磁电俘能结构,并利用COMSOL Multiphysics有限元软件对其磁-力-电耦合效应开展了仿真研究。分析了材料参数、连接方式和激励类型等关键因素对阵列型磁电俘能器磁电特性的影响。根据仿真结果,验证了串联阵列型磁电俘能器的性能优势,并提出了通过调整磁块位置等方式来调控磁电性能的有效方法。总之,本文通过理论建模和仿真分析揭示了磁电俘能结构的磁-力-电相互作用规律和性能调控机制,探索了实现取得极限耦合强度以及调控磁电性能的有效方法。因此,本文的研究工作有望为实现新一代可调磁电俘能器件提供新的设计原理和调控机理,并为相关自供能微机电装置的研发提供强有力的理论支撑。