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文檔簡介
1、撓曲電效應(yīng)是一種比壓電效應(yīng)更廣泛存在于介電材料中的力電耦合效應(yīng)。撓曲電材料具有高力電耦合系數(shù)、顯著的尺度效應(yīng)、綠色環(huán)保及對環(huán)境溫度無特定要求等優(yōu)點,有望用于傳感器、作動器、結(jié)構(gòu)健康監(jiān)測及能量收集器等領(lǐng)域。因此,基于撓曲電效應(yīng)的理論、實驗技術(shù)研究及其材料的開發(fā)、應(yīng)用日益受到人們的關(guān)注。本文以鈦酸鍶鋇(Barium Strontium Titanate,簡稱BST)撓曲電材料為研究對象,從理論、實驗和模擬三個方面對撓曲電效應(yīng)及其橫向系數(shù)進行
2、了分析測試,主要的研究內(nèi)容如下:
討論了撓曲電系數(shù)張量的對稱性,利用坐標變換法獲得了m3m立方晶系材料的撓曲電系數(shù)矩陣表達式。基于BST撓曲電微懸臂梁結(jié)構(gòu),建立了橫向撓曲電系數(shù)測定的理論模型,為實驗測試提供了理論依據(jù)。
選用壓電微驅(qū)動器、超景深三維顯微鏡、鎖定放大器構(gòu)建了橫向撓曲電系數(shù)的測試平臺。基于BST微懸臂梁的橫向撓曲電效應(yīng),實驗分析了橫向撓曲電系數(shù)對驅(qū)動頻率的依賴關(guān)系,并討論了尺度效應(yīng)。利用壓電微驅(qū)動器的低頻
3、激振,獲得了橫向撓曲電系數(shù)。結(jié)果表明:撓曲電材料在傳感方面呈現(xiàn)出明顯的尺度效應(yīng)。當(dāng)梁的厚度減小到微納米尺度時,其傳感特性將遠遠優(yōu)于壓電材料。
基于變分原理,推導(dǎo)了撓曲電材料的PDE方程及其弱形式,并提出了一種針對撓曲電材料的有限元仿真方法。借助于多物理場耦合有限元仿真軟件COMSOL Multiphysics,實現(xiàn)了BST材料中撓曲電效應(yīng)的數(shù)值模擬,并為實驗結(jié)果提供了理論驗證。
上述研究工作可為撓曲電材料在傳感及其他
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