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具有表面效应的压电半空间中的表面波

发布时间:2018-01-07 22:00

  本文关键词:具有表面效应的压电半空间中的表面波 出处:《力学学报》2017年03期  论文类型:期刊论文


  更多相关文章: 表面波 表面效应 压电材料 Stroh公式 频散关系


【摘要】:纳米科技的快速发展使压电纳米结构在纳米机电系统中得到广泛应用,形成了诸如纳米压电电子学等新的研究方向.与传统的宏观压电材料相比,在纳米尺度下压电材料往往呈现出不同的力学特性,而造成这种差异的原因之一便是表面效应.本文基于Stroh公式、Barnett-Lothe积分矩阵及表面阻抗矩阵,研究计入表面效应的任意各向异性压电半空间中的表面波传播问题,导出了频散方程.针对横观各向同性压电材料,假设矢状平面平行于材料各向同性面,发现Rayleigh表面波和B-G波解耦,并得到各自的显式频散方程.结果表明,Rayleigh表面波的波速小于偏振方向垂直于表面的体波,而B-G波的波速小于偏振方向垂直于矢状平面的体波.以PZT-5H材料为例,用数值方法考察表面残余应力和电学边界条件对表面波频散特性的影响发现:表面残余应力只对第一阶Rayleigh波有明显的影响;电学开路情形的B-G波比电学闭路情形的B-G波传播快.本文工作可为纳米表面声波器件的设计或压电纳米结构的无损检测提供理论依据.
[Abstract]:The rapid development of nanotechnology to piezoelectric nano structure has been widely used in nano electromechanical system, formed a research direction such as piezoelectric Nano Electronics new macro. Compared with the traditional piezoelectric materials, the nanometer scale piezoelectric materials often exhibit different mechanical properties, and the cause of this difference is the surface effect. Based on the Stroh formula, Barnett-Lothe integral matrix and surface impedance matrix, surface wave propagation problems in arbitrary anisotropic considering surface effect of piezoelectric half space, derived the dispersion equation for transversely isotropic piezoelectric materials, assuming that the sagittal plane parallel to the isotropic surface material, found Rayleigh the surface wave and B-G wave decoupling, and get the explicit frequency dispersion equation. The results show that the wave velocity is less than Rayleigh body surface wave polarization direction perpendicular to the surface, and B-G wave Body wave velocity is smaller than the polarization direction perpendicular to the sagittal plane. Using PZT-5H material as an example, the influences of surface residual stress and electrical boundary conditions on the effect of dispersion of surface wave frequency is found by numerical method: residual stress on the surface only has obvious influence on the first order Rayleigh wave; B-G wave B-G Bobbi electrical circuit electrical situation open the case quickly. This work provides a theoretical basis for the nondestructive testing for nano surface acoustic wave device design or piezoelectric nano structure.

【作者单位】: 浙江大学工程力学系;浙江大学流体动力与机电系统国家重点实验室;浙江省软体机器人与智能器件研究重点实验室;
【基金】:国家自然科学基金资助项目(11532001,11621062)
【分类号】:O341;TB34
【正文快照】: 2017 05 02收稿,2017 05 23录用,2017 05 23网络版发表.Zhou Weijian,Chen Weiqiu.Surface waves in a piezoelectric half-space with surface effect.Chinese Journal of Theoretical and AppliedMechanics,2017,49(3):597-604of the bulk waves polarized in the dir

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本文编号:1394374

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