壓電和磁電圓柱體層狀結(jié)構(gòu)中的環(huán)向SH波.pdf

1、壓電和磁電層狀結(jié)構(gòu)廣泛應(yīng)用于工程領(lǐng)域，包括航天、汽車、電子、冶金等。隨著功能梯度材料概念的引入，可以相當(dāng)精確地控制材料的力學(xué)、電學(xué)和磁學(xué)部分，成為制作聲表面波傳感器、無損檢涮、磁電控制裝置、微波器件和其它電子產(chǎn)品的首選材料。為了揭示曲面結(jié)構(gòu)中SH波的傳播行為，從而選取了幾種典型的圓柱體結(jié)構(gòu)研究。本文主要選擇了四種新型材料的圓柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行討論，內(nèi)容如下：
　　(1)針對于功能梯度壓電圓柱體中環(huán)向SH波的傳播問題，運(yùn)用冪級數(shù)法對變化系數(shù)

2、的耦合控制方程進(jìn)行求解，得到頻散方程的解析解。分別討論了梯度變化系數(shù)和每一種材料參數(shù)梯度變化對波相速度和機(jī)電耦合系數(shù)的影響，得到其中波的傳播特性與材料參數(shù)和梯度變化規(guī)律都有關(guān)，但梯度變化系數(shù)對頻散曲線幾乎無影響。
　　(2)研究了壓電和壓磁材料按一定方式復(fù)合而成的功能梯度壓電壓磁圓柱結(jié)構(gòu)中SH波的傳播行為。本構(gòu)方程相對功能梯度壓電材料多考慮了一個(gè)磁場，波的控制方程變得更復(fù)雜。同樣采用冪級數(shù)法，對變化系數(shù)的耦合控制方程進(jìn)行求解，得到

3、了解析解。和功能梯度壓電材料一樣，分別討論了梯度和每一種材料參數(shù)對波相速度的影響，以及在電學(xué)開路和短路兩種情況下作出了不同參數(shù)梯度變化時(shí)的頻散曲線，得到二階模態(tài)時(shí)壓電壓磁圓柱體中波的傳播特性與材料參數(shù)梯度變化有關(guān)，而一階模態(tài)影響不大。
　　(3)研究了含極化方向相反覆蓋層的壓電層狀圓柱體中SH波的傳播特性。采用特殊函數(shù)法，各種數(shù)學(xué)變形和轉(zhuǎn)化，將控制方程變?yōu)樨惾麪柗匠糖蠼?，得到解析解。通過數(shù)值算例，對比了均勻圓柱體和層狀圓柱體中的頻

4、散方程、機(jī)電耦合系數(shù)和應(yīng)力分布，發(fā)現(xiàn)在壓電層狀圓柱體中波的能量更集中于表層。
　　(4)將上文研究過的含極化方向相反覆蓋層的壓電層狀圓柱體中的覆蓋層取為功能梯度壓電材料，此時(shí)覆蓋層中波的控制方程的復(fù)雜隨求解帶來困難，這里采用了冪級數(shù)法和特殊函數(shù)法對控制方程進(jìn)行了求解，分別在電學(xué)開路和電學(xué)短路條件下討論了覆蓋層各材料參數(shù)梯度變化對頻散曲線的影響。作出了機(jī)電耦合系數(shù)和應(yīng)力分布在不同材料參數(shù)梯度變化下的曲線圖，得到覆蓋層材料參數(shù)梯度變化