基于自适应差分进化算法的8/65/35 PLZT压电陶瓷畴变模型优化研究

发布时间：2020-12-20 21:38

　　压电陶瓷因其在外加电场或力场作用下会产生压电效应而在智能系统的传感转换材料和驱动装置等方面有着广泛的应用。传统理论研究认为该压电效应是线性可逆的,但在实验研究和实际应用中发现,在较强外加电场或力场作用下压电响应呈现非线性。研究和建立压电陶瓷的非线性本构模型对压电陶瓷非线性响应的预测和压电陶瓷的应用具有重要的理论指导意义。为了构建合适的压电陶瓷本构模型,本论文引入圆形随机分布来模拟简化的二维随机分布方向的电畴模型。定义电畴浓度参数κ并结合坐标系转换,推导得到单个晶胞的自发极化和自发应变与材料整体剩余极化和剩余应变的关系式,实现微观参数与宏观变量的转换。因为模型对单个晶胞内的自发极化和自发应变数值变化十分敏感,所以需要对两个参数进行全局优化。自适应差分进化算法因使用简单、收敛快被选为本论文的优化算法,且算法中的控制参数能够进行自适应,节约了算法参数的调节时间并提高了算法的全局优化效果。根据外场的不同,理论模拟可分为外加电场和外加力场两部分。为了验证模型的正确性和优化的精度,本构模型中的材料参数如压电系数、介电系数等假设为未知并通过模型逆向推导求解。掺镧锆钛酸铅(8/65/35 PLT)因其... 

【文章来源】：厦门大学福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：85 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

压电陶瓷中四方晶体1800和90“畴变过程[15]

（一）压电陶瓷的非线性响应??宏观唯象模型是为了解释在实验中压电陶瓷表现出的非线性特性。单轴电力??加载下的压电陶瓷本构行为如图１．４所示。图１．４?（ａ）表示电位移与电场之间关??系的电滞回线，图１．４（ｂ）表示应变与电场之间关系的蝶形曲线，电滞回线和蝶??形曲线表示材料的剩余应变和剩余极化之间存在着耦合。图１．４（ｃ）和图１．４（ｄ）??是材料在应力场下电位移和应变的变化。详细的宏观响应产生原理将在第２章中??详细介绍。ＨｕｂｅｒｌＷ等人还对多轴电加载下压电陶瓷的宏观行为做了更为系统的??研究，如图１．５所示。图１，５中分别对压电陶瓷施加了与初始极化方向呈０°、４５°、??９０°、１３５°、１８０°的电场，并记录了电场方向的电位移。从图１．５可以看出电位移??并不与电场大小成正比，即压电陶瓷宏观行为表现出非线性特性。宏观唯象模型??就是基于这类实验现象建立的，研宄者们希望能够建立与实验结果达到最好拟合??效果的数学模型。??⑷?（ｂ）?－ｉｆ??－１．５?Ｊ?－３－２－１０１２３??（Ｃ＼?＾?（：）?夕??－２－７５?－１．７５?＞６５＾０２＾－２５??ｎ??－ａ＿?／?七－＇??■７」ｃｒ〇?＿７」〇

（一）压电陶瓷的非线性响应??宏观唯象模型是为了解释在实验中压电陶瓷表现出的非线性特性。单轴电力??加载下的压电陶瓷本构行为如图１．４所示。图１．４?（ａ）表示电位移与电场之间关??系的电滞回线，图１．４（ｂ）表示应变与电场之间关系的蝶形曲线，电滞回线和蝶??形曲线表示材料的剩余应变和剩余极化之间存在着耦合。图１．４（ｃ）和图１．４（ｄ）??是材料在应力场下电位移和应变的变化。详细的宏观响应产生原理将在第２章中??详细介绍。ＨｕｂｅｒｌＷ等人还对多轴电加载下压电陶瓷的宏观行为做了更为系统的??研究，如图１．５所示。图１，５中分别对压电陶瓷施加了与初始极化方向呈０°、４５°、??９０°、１３５°、１８０°的电场，并记录了电场方向的电位移。从图１．５可以看出电位移??并不与电场大小成正比，即压电陶瓷宏观行为表现出非线性特性。宏观唯象模型??就是基于这类实验现象建立的，研宄者们希望能够建立与实验结果达到最好拟合??效果的数学模型。??⑷?（ｂ）?－ｉｆ??－１．５?Ｊ?－３－２－１０１２３??（Ｃ＼?＾?（：）?夕??－２－７５?－１．７５?＞６５＾０２＾－２５??ｎ??－ａ＿?／?七－＇??■７」ｃｒ〇?＿７」〇


本文编号：2928591