柔性基體上壓電薄膜的屈曲變形研究.pdf

1、附于彈性軟基體上的壓電薄膜(如PZT等)在基體釋放的預(yù)應(yīng)變或受到薄膜內(nèi)力的作用下會(huì)發(fā)生失穩(wěn)屈曲。利用這一特性,壓電薄膜附于彈性軟基體的結(jié)構(gòu)可廣泛應(yīng)用于智能系統(tǒng),如柔性電子器件、微納米機(jī)電系統(tǒng)和一些先進(jìn)的醫(yī)療工程技術(shù)等。因此,研究附于彈性軟基體上的壓電薄膜屈曲變形行為具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。
　　 本文應(yīng)用廣義勢(shì)能的變分原理,推導(dǎo)得到了壓電薄膜和壓電薄膜/彈性軟基體層合結(jié)構(gòu)的力-電耦合控制方程及邊界條件。利用擾動(dòng)理論和靜力平衡法,研究

2、了附于彈性軟基體上的壓電薄膜的局部屈曲行為,并考察了壓電效應(yīng)、基體和薄膜厚度比、基體和薄膜彈性系數(shù)比、基體和支座的邊界條件等參數(shù)對(duì)屈曲行為的影響。利用最小電焓(能量)原理,推導(dǎo)得到了壓電薄膜/彈性軟基體層合結(jié)構(gòu)整體屈曲所需的臨界應(yīng)變值,并研究了局部屈曲和整體屈曲的轉(zhuǎn)化關(guān)系及臨界條件。最后,利用最小電焓(能量)原理,推導(dǎo)得到了附于彈性軟基體上的壓電薄膜連接器屈曲所需的臨界應(yīng)變值,并給出了防止壓電薄膜強(qiáng)度破壞的基體預(yù)應(yīng)變的取值范圍。