纳米层状智能材料周期结构中的波动特性研究

发布时间：2023-07-25 04:31

　　借助压电效应和压磁效应,可以对纳米层状智能材料周期结构中弹性波的传播进行主动控制,这为纳米级波动器件的设计与应用提供了新的思路。本文基于非局部理论,考虑了材料的内部特征尺寸,求解了考虑力-电-磁多场耦合效应的波动方程,对纳米层状智能材料周期结构的若干波动问题进行了研究。主要内容和结果包括:1.研究了纳米层状压电周期结构中反平面和面内模态波的传播特性,考虑了垂直入射和斜入射两种情形,应用传递矩阵法计算了局部化因子和频散曲线,并应用刚度矩阵法计算了有限层结构的传输系数。结果表明,当考虑尺寸效应时,弹性波在纳米层状周期结构中会出现截止频率,截止频率随着内部特征长度相对外部尺寸的减小而降低,在截止频率附近存在很强的局部化现象。在垂直入射的情形下,面内混合模态解耦成纯弹性的P波模态和压电剪切耦合的QSV波模态。P波的截止频率比QSV波的大,因此P波的截止频率决定了面内混合模态的截止频率。在斜入射的情形下,随着入射角的增大,在一定范围内,低频带隙逐渐变宽且升高。入射角对高频特性影响不大,对截止频率无影响。2.研究了 Lamb型导波在纳米层状压电周期结构中的传播特性。在基于非局部理论面内模态波动方程...

【文章页数】：131 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
致谢
摘要
ABSTRACT
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 压电和磁电层状周期结构的波动力学
        1.2.1 压电层状周期结构中的波动特性
        1.2.2 磁电复合层状周期结构中的波动特性
    1.3 纳米结构的波动特性研究
        1.3.1 非局部理论及基于非局部理论的波动问题研究
        1.3.2 基于其他非经典理论的波动问题研究
    1.4 纳米智能材料和结构的应用前景
    1.5 本文的研究目的和研究内容
        1.5.1 本文的研究目的
        1.5.2 本文的研究内容
2 力-电-磁多场耦合的非局部弹性波动理论简介
    2.1 引言
    2.2 非局部理论本构关系
    2.3 非局部理论平衡方程
    2.4 非局部理论波动方程
    2.5 非局部理论波动方程的近似微分形式
    2.6 本章小结
3 纳米层状压电周期结构中反平面模态的波动特性研究
    3.1 引言
    3.2 问题描述
    3.3 反平面模态的波动方程求解与传递矩阵
        3.3.1 波动方程的求解
        3.3.2 传递矩阵
    3.4 局部化因子的计算
    3.5 刚度矩阵法计算响应
    3.6 数值算例分析
        3.6.1 垂直入射
        3.6.2 斜入射
    3.7 本章小结
    本章附录A
    本章附录B
    本章附录C
4 纳米层状压电周期结构中面内模态的波动特性研究
    4.1 引言
    4.2 问题描述
    4.3 面内模态波动方程的求解与传递矩阵
        4.3.1 面内模态波动方程的求解
        4.3.2 传递矩阵
    4.4 刚度矩阵法计算响应
    4.5 数值算例分析
        4.5.1 垂直入射
        4.5.2 斜入射
    4.6 本章小结
    本章附录A
    本章附录B
5 纳米层状压电周期结构中Lamb型导波的传播特性
    5.1 引言
    5.2 问题描述与波动方程对称模式的通解
    5.3 边界条件和频散方程
    5.4 模态分析
    5.5 数值算例分析
    5.6 本章小结
    本章附录
6 纳米层状压电/压磁周期结构中的波动特性研究
    6.1 引言
    6.2 问题描述
    6.3 波动方程的求解与传递矩阵
        6.3.1 波动方程的求解
        6.3.2 压电层中的非局部广义应力
        6.3.3 压磁层中的非局部广义应力
        6.3.4 传递矩阵
    6.4 刚度矩阵法计算响应
    6.5 数值结果与分析
        6.5.1 垂直入射
        6.5.2 斜入射
    6.6 本章小结
    本章附录A
    本章附录B
    本章附录C
7 结论与展望
    7.1 结论
    7.2 创新点
    7.3 进一步的工作展望
参考文献
作者简历及攻读博士学位期间取得的研究成果
学位论文数据集



本文编号：3837165