尺度效應(yīng)下單層壓電微換能器的特性研究.pdf

1、本論文對(duì)單層壓電微換能器的特性進(jìn)行了研究，包括靜態(tài)特性及動(dòng)態(tài)特性。本文所研究的換能器是懸臂梁式，并為層合梁，包含壓電層、被動(dòng)層及上下電極層，前者的厚度在微尺度下。首先強(qiáng)電場(chǎng)激勵(lì)下壓電層發(fā)生彎曲時(shí)，必須要考慮壓電材料的電致伸縮效應(yīng)，這將使得壓電方程中出現(xiàn)非線性項(xiàng)，即電場(chǎng)強(qiáng)度的平方項(xiàng)。其非線性隨電場(chǎng)強(qiáng)度而改變，電場(chǎng)增大則相應(yīng)增大。實(shí)驗(yàn)表明:當(dāng)結(jié)構(gòu)的特征尺寸在微尺度時(shí)，其力學(xué)特性對(duì)特征尺寸有著很大的依賴性，與宏觀尺寸下顯著不同，這種特性被稱為

2、尺度效應(yīng)。因此在這篇文章中將會(huì)運(yùn)用偶應(yīng)力理論來(lái)研究該換能器在尺度效應(yīng)下的靜態(tài)應(yīng)變。最后，由于懸臂梁式的彎曲換能器一般工作在其彎曲振動(dòng)的諧振頻率附近，因此，為了得到換能器的最佳性能，需要深入研究其動(dòng)態(tài)特性。本文中運(yùn)用模態(tài)分解來(lái)分析換能器動(dòng)態(tài)機(jī)電響應(yīng)，并使用MATLAB軟件對(duì)該響應(yīng)進(jìn)行數(shù)值模擬。結(jié)果顯示:當(dāng)壓電層的厚度處在微米尺度時(shí)，換能器壓電層的無(wú)量綱剛度會(huì)發(fā)生顯著增加，這將影響換能器的諧振頻率，導(dǎo)致?lián)Q能器一階模態(tài)下的電荷和電壓輸出相應(yīng)的