磁电层合材料由于其磁电耦合特性,可实现磁电能之间的转换,而受到广泛的关注,使其被广泛应用于磁电变压器、传感器、能量采集器等器件设计中。已有大量关于磁致伸缩材料和压电材料构成的对称式层合磁电材料的研究,对称式结构尺寸较大,且其在谐振频率附近将存在较大的损耗,故为了解决上述存在的不足,本文将选取双层非对称结构为研究对象,对磁致伸缩材料的一维非线性力磁耦合本构关系、双层磁电结构的非线性磁电耦合效应以及逆磁电耦合效应进行了研究。首先,从吉布斯自由能出发,结合热力学关系,得到多项式形式的应力-应变关系和磁化关系。在描述磁致伸缩和磁化关系的过程中,引入一个新的非线性函数来描述不同应力情况下与磁畴转动有关的应变来克服拉应力和压应力下本构关系不同的不足。此外,通过引入新的磁化函数克服了无法给出显式的磁化关系的另一个缺陷,最终获得了一个形式简洁的非线性磁弹本构关系。该模型预测结果与磁致伸缩材料Terfenol-D、Metglas和Ni等多种的实验数据对比表明,该模型能够准确预测不同的磁致伸缩材料在不同预压力水平和不同磁场下的磁致伸缩应变和磁化曲线。因此,该模型都能很好地描述磁致伸缩和磁化特性,无论是在中低场下还是高场下,不仅适用于正磁致伸缩材料,还可用于负磁致伸缩材料。新模型能全面地反映磁致伸缩材料的力磁非线性特性,预测结果亦能很好地解释(35)E效应。其次,根据提出的非线性一维磁弹本构关系,可以进一步得到变系数形式的压磁本构,由线性压电本构来描述应力、应变、电场、电位移之间的关系。假设双层结构存在一个无应变的中性面,通过引入曲率描述双层磁电材料非对称结构引起的弯曲形变,根据力与力矩平衡条件,计算确定中性面的位置和曲率大小,最终建立了考虑弯曲形变的非线性静态磁电效应的理论模型。为了验证模型的有效性,先将推导出的磁致伸缩材料的非线性动态材料参数与实验结果对比验证参数的适用性。随后,实验测量了Terfenol-D/PZT双层结构的静态磁电系数,利用本模型选取相同参数得到的预测结果同实验数据进行对比,对比结果显示两者具有较好的一致性。在此基础上,采用该模型预测了不同应力、静磁场对静态磁电系数的影响,预测结果显示,适当地提高拉应力可以提高磁电耦合效应,降低所需的最优磁场,为小型化磁电器件的设计与应用提供了理论基础。最后,为了进一步了解磁电层合材料逆磁电效应的特性,对磁致伸缩材料Terfenol-D和压电材料PZT粘合制备的双层结构的逆磁电效应进行了实验研究。首先测量了准静态情况下的逆磁电系数,改变层合结构所处的环境温度,测量不同温度下逆磁电系数。实验结果显示:温度的改变不影响逆磁电系数曲线的变化趋势,但随着温度升高,磁致伸缩材料内部的非180°磁畴逐渐被瓦解,磁致伸缩的性能也随之受到影响,由此得到的磁致伸缩应变传递到压电层而产生的极化也受到了抑制,故逆磁电系数的最大值随温度增大逐渐减小。此外,本文还探究了不同交变磁场频率对逆磁电系数的影响,尤其是弯曲谐振频率附近的逆磁电系数变化,结果显示,在弯曲谐振状态下,磁电双层结构出现较为明显的谐振逆磁电效应双峰现象,双峰现象的出现提高了逆磁电系数,为实现巨逆磁电耦合效应提供了可能。