压电和压电半导体层状结构中弹性波传播研究
发布时间：2021-08-06 08:53
压电材料由于力电耦合的特性使其广泛的应用于智能器件和结构中,除了经典的压电理论,还有考虑挠曲电效应的压电理论,压电半导体理论和多孔压电理论。智能器件和结构中的一些力学行为用这些复杂的压电理论来描述更为合适。本文主要考虑了压电压磁材料中磁电弹功能梯度界面层和压电材料中挠曲电效应、半导体效应和多孔效应对弹性波反射透射特性的影响。具体的内容及创新性结论如下:（1）.研究了压电压磁界面处磁电弹功能梯度层对弹性波反射透射特性的影响,通过降阶的方法建立了功能梯度层的状态转移微分方程,利用Magnus级数展开求解变系数矩阵微分方程,获得功能梯度层的传递矩阵。最后,使用完好的界面条件得到各个散射波的反射和透射系数,并应用能量守恒定律验证数值结果。研究表明功能梯度层不同的梯度剖面对弹性波的反射和透射有明显的影响,表面波比体波对不同的梯度剖面更敏感。（2）.考虑挠曲电效应,研究了弹性波在考虑了挠曲电效应的无限大压电空间的色散、在无限大压电半空间的反射以及在三明治压电板中的反射和透射。通过数值模拟,分析了挠曲电效应对弹性波传播的影响,并应用能量守恒定律验证了数值结果。研究表明挠曲电效应对压电材料中弹性波的传...
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
通过磁电弹功能梯度三明治板的弹性波的反射和透射
?压电和压电半导体层状结构中弹性波传播研究???五种梯度剖面如图２－２所示，可以看出对于所有的梯度剖面都有??Ｆ（ｚ?＝?０）?＝?ｌ和Ｆ（ｚ?＝?；〇?＝?０，因此有尸（２?＝?０）?＝?／＾和尸（２?＝?／〇?＝?／＾。这意味着无??论哪种梯度剖面，磁电弹功能梯度板都可以实现从左侧压电材料到右侧压磁??材料材料参数逐渐的过度。??对于压电和压磁材料，磁电耦合系数％等于零，但是对于磁电弹功能梯??度板，它不为零。假设梯度板的磁电耦合系数《，为??？，（ｚ）?＝?４ａ，Ｆ（ｚ）（ｌ－Ｆ（ｚ））?（２－５１）??其中，七是常数，在数值算例中我们取％?＝０．００５ｅ－９?Ｎｓ／ＶＣ，??巧３?＝?０．００３ｅ－９Ｎｓ／ＶＣ［３６］。很明显％（ｚ）取到最大值％?当?Ｆ（ｚ）?＝?０．５?（对于?ｃａｓｅ２，??ｃａｓｅ４?和?ｃａｓｅ５，?ｚ?＝?０．５Ａ，对于?ｃａｓｅ】，ｚ＞０．５／ｚ，对于?ｃａｓｅ３，ｚ＜０．５／ｚ），在板??的两侧％?（ｚ）?＝?０。??Ｘ??
反射和透射系数不仅依赖于梯度剖面，还依赖于梯度板的厚度，图２－５??和２－６给出了在五种不同的梯度剖面情况下，磁电弹功能梯度板的厚度对反??射和透射的影响。可以看出，当板的厚度比较小时，五种不同的梯度剖面对??反射和透射的影响不明显，随着厚度的增加，影响开始变得明显。无论是哪??种梯度剖面或者哪种波，随着厚度的增加，反射和透射系数都呈现出起伏的??特征，而且在一些特定的厚度时，反射和透射系数会同时呈现出激烈的变化。??然而，对于不同的梯度剖面形式，会有不同的起伏变化规律，但是这些起伏??的现象只会在一定的厚度范围内出现。超过这个范围，起伏变化规律开始逐??－２０?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Relection of elastic waves at the elastically supported boundary of a couple stress elastic half-space[J]. Changda Wang,Xuejun Chen,Peijun Wei,Yueqiu Li. Acta Mechanica Solida Sinica. 2017(02)
[2]Size-dependent electromechanical properties in piezoelectric superlattices due to flexoelectric effect[J]. Chang Liu,Jie Wang. Theoretical & Applied Mechanics Letters. 2017(02)
[3]压电半导体杆中的机械场、电场与载流子分布研究（英文）[J]. Chun-li ZHANG,Xiao-yuan WANG,Wei-qiu CHEN,Jia-shi YANG. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2016(01)
[4]功能梯度材料的研究现状及展望[J]. 李信,刘海昌,滕元成,鲁伟员. 材料导报. 2012(S1)
博士论文
[1]磁电弹性声带隙材料结构中的弹性波传播与局部化研究[D]. 王毅泽.哈尔滨工业大学 2009
[2]层状磁电复合材料中弹性波传播若干问题的理论研究[D]. 庞玉.北京交通大学 2009
[3]弹性波在电磁弹性多层结构中的传播特性研究[D]. 陈江义.西安交通大学 2007
本文编号：3325471
【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：126 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
通过磁电弹功能梯度三明治板的弹性波的反射和透射
?压电和压电半导体层状结构中弹性波传播研究???五种梯度剖面如图２－２所示，可以看出对于所有的梯度剖面都有??Ｆ（ｚ?＝?０）?＝?ｌ和Ｆ（ｚ?＝?；〇?＝?０，因此有尸（２?＝?０）?＝?／＾和尸（２?＝?／〇?＝?／＾。这意味着无??论哪种梯度剖面，磁电弹功能梯度板都可以实现从左侧压电材料到右侧压磁??材料材料参数逐渐的过度。??对于压电和压磁材料，磁电耦合系数％等于零，但是对于磁电弹功能梯??度板，它不为零。假设梯度板的磁电耦合系数《，为??？，（ｚ）?＝?４ａ，Ｆ（ｚ）（ｌ－Ｆ（ｚ））?（２－５１）??其中，七是常数，在数值算例中我们取％?＝０．００５ｅ－９?Ｎｓ／ＶＣ，??巧３?＝?０．００３ｅ－９Ｎｓ／ＶＣ［３６］。很明显％（ｚ）取到最大值％?当?Ｆ（ｚ）?＝?０．５?（对于?ｃａｓｅ２，??ｃａｓｅ４?和?ｃａｓｅ５，?ｚ?＝?０．５Ａ，对于?ｃａｓｅ】，ｚ＞０．５／ｚ，对于?ｃａｓｅ３，ｚ＜０．５／ｚ），在板??的两侧％?（ｚ）?＝?０。??Ｘ??
反射和透射系数不仅依赖于梯度剖面，还依赖于梯度板的厚度，图２－５??和２－６给出了在五种不同的梯度剖面情况下，磁电弹功能梯度板的厚度对反??射和透射的影响。可以看出，当板的厚度比较小时，五种不同的梯度剖面对??反射和透射的影响不明显，随着厚度的增加，影响开始变得明显。无论是哪??种梯度剖面或者哪种波，随着厚度的增加，反射和透射系数都呈现出起伏的??特征，而且在一些特定的厚度时，反射和透射系数会同时呈现出激烈的变化。??然而，对于不同的梯度剖面形式，会有不同的起伏变化规律，但是这些起伏??的现象只会在一定的厚度范围内出现。超过这个范围，起伏变化规律开始逐??－２０?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Relection of elastic waves at the elastically supported boundary of a couple stress elastic half-space[J]. Changda Wang,Xuejun Chen,Peijun Wei,Yueqiu Li. Acta Mechanica Solida Sinica. 2017(02)
[2]Size-dependent electromechanical properties in piezoelectric superlattices due to flexoelectric effect[J]. Chang Liu,Jie Wang. Theoretical & Applied Mechanics Letters. 2017(02)
[3]压电半导体杆中的机械场、电场与载流子分布研究（英文）[J]. Chun-li ZHANG,Xiao-yuan WANG,Wei-qiu CHEN,Jia-shi YANG. Journal of Zhejiang University-Science A（Applied Physics & Engineering）. 2016(01)
[4]功能梯度材料的研究现状及展望[J]. 李信,刘海昌,滕元成,鲁伟员. 材料导报. 2012(S1)
博士论文
[1]磁电弹性声带隙材料结构中的弹性波传播与局部化研究[D]. 王毅泽.哈尔滨工业大学 2009
[2]层状磁电复合材料中弹性波传播若干问题的理论研究[D]. 庞玉.北京交通大学 2009
[3]弹性波在电磁弹性多层结构中的传播特性研究[D]. 陈江义.西安交通大学 2007
本文编号：3325471
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/dianlidianqilunwen/3325471.html
