本文關(guān)鍵詞：表面效應(yīng)下SH波在納米層狀結(jié)構(gòu)中的傳播

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【摘要】：納米層狀結(jié)構(gòu),如納米薄膜和納米板,是微納型傳感器和致動(dòng)器的重要元件,尤其當(dāng)它們還具有壓電特性時(shí)。研究表面效應(yīng)下彈性波在納米層狀結(jié)構(gòu)中的傳播特性是設(shè)計(jì)和評(píng)估這類智能結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵理論基礎(chǔ)。本文基于表面彈性理論和彈性波理論,對(duì)SH型面波在納米層狀結(jié)構(gòu)中的傳播特性進(jìn)行了系統(tǒng)的理論研究。研究?jī)?nèi)容包括:(1)對(duì)表面效應(yīng)下Love波在納米彈性薄膜附著于半無限大彈性基底結(jié)構(gòu)中的傳播問題,得到了Love波的頻散方程和波結(jié)構(gòu)方程,重點(diǎn)討論了薄膜厚度和表面彈性常數(shù)的影響。研究表明:當(dāng)薄膜厚度減小至納米級(jí)時(shí),表面效應(yīng)將對(duì)波的頻散和波結(jié)構(gòu)產(chǎn)生重大影響。此時(shí),Love波頻散表現(xiàn)出明顯的厚度依賴性,且所有模態(tài)下波的相速度隨薄膜厚度的減小或表面彈性常數(shù)的增加而增大。此外,表面效應(yīng)可能在Love波的一階頻散模態(tài)中引起截止頻率。當(dāng)波的頻率小于該截止頻率時(shí),Love波將消失。該截止頻率依賴于薄膜厚度、表面彈性常數(shù)和體材料彈性常數(shù)相關(guān)。對(duì)波結(jié)構(gòu)而言,彈性薄膜自由表面處的表面效應(yīng)(自由表面效應(yīng))將降低彈性薄膜中的波動(dòng)幅度,而薄膜與基底界面處的表面效應(yīng)(界面效應(yīng))則加劇彈性薄膜中的振動(dòng)。上述影響隨著表面彈性常數(shù)的增加更加明顯。(2)對(duì)表面效應(yīng)下Love波在納米壓電薄膜附著于半無限大彈性基底結(jié)構(gòu)中的傳播問題,采用電開路和電短路兩種電場(chǎng)邊界條件,推出了Love波的頻散方程和波結(jié)構(gòu)方程,討論了薄膜厚度、表面參數(shù)和電場(chǎng)邊界條件的影響。研究表明:兩種電場(chǎng)邊界條件下,波的相速度均隨薄膜厚度的減小或表面常數(shù)的增加而增大。電開路條件時(shí),所有模態(tài)的波以Love波的形式傳播,表面效應(yīng)對(duì)波頻散和波結(jié)構(gòu)的影響與彈性納米薄膜的情況相似。在電短路條件下,二階及以上模態(tài)的波以Love波的形式存在。但一階模態(tài)的波則可能是Love波或Bleustein-Gulyaev(B-G)波,取決于自由表面效應(yīng)和界面效應(yīng)。當(dāng)只有自由表面效應(yīng)時(shí),波的傳播形式為二階B-G波。當(dāng)只有界面效應(yīng)時(shí),波以一階B-G波的形式傳播。當(dāng)兩處表面效應(yīng)同時(shí)存在時(shí),波在結(jié)構(gòu)中以Love波的形式傳播。此外,表面效應(yīng)影響下的波結(jié)構(gòu)特性的變化規(guī)律與波傳播形式的改變相對(duì)應(yīng)。(3)對(duì)表面效應(yīng)下SH波在雙層不同納米彈性薄膜中的傳播問題,求解了SH波的頻散曲線和波結(jié)構(gòu)方程,重點(diǎn)討論了薄膜厚度、兩層薄膜厚度比、表面彈性常數(shù)的影響。研究表明:在納米尺度下,上述因素對(duì)波的頻散特性有重要的影響。此外,利用SH波在低頻段的頻散特性,提出了一種根據(jù)波速求表面和界面常數(shù)的連續(xù)介質(zhì)方法。
【關(guān)鍵詞】：納米(壓電)薄膜 表面效應(yīng) SH波 波頻散 波結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：西南科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TB383.1
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 1 緒論10-17
• 1.1 研究背景和意義10-11
• 1.2 彈性波理論概述11-12
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-15
• 1.3.1 表面彈性理論研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3.2 宏觀尺度下SH波傳播問題的研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3.3 表面效應(yīng)下彈性波的研究15
• 1.4 研究?jī)?nèi)容與創(chuàng)新點(diǎn)15-17
• 2 Love波在納米彈性層狀半空間中的傳播17-32
• 2.1 引言17
• 2.2 問題建模與求解17-20
• 2.3 數(shù)值結(jié)果及討論20-30
• 2.3.1 Love波的頻散曲線20-26
• 2.3.2 Love波的波結(jié)構(gòu)26-30
• 2.4 本章小結(jié)30-32
• 3 Love波在納米壓電層狀半空間中的傳播32-63
• 3.1 引言32
• 3.2 問題建模與求解32-37
• 3.3 數(shù)值結(jié)果及討論37-61
• 3.3.1 Love波的頻散曲線37-51
• 3.3.2 Love波的波結(jié)構(gòu)51-61
• 3.4 本章小結(jié)61-63
• 4 SH波在雙層納米彈性薄膜中的傳播63-81
• 4.1 引言63
• 4.2 問題建模與求解63-65
• 4.3 數(shù)值結(jié)果及討論65-79
• 4.3.1 SH波的頻散曲線66-77
• 4.3.2 求表面彈性常數(shù)的連續(xù)介質(zhì)方法77-79
• 4.4 本章小結(jié)79-81
• 5 結(jié)論與展望81-83
• 5.1 主要工作總結(jié)81-82
• 5.2 后續(xù)研究展望82-83
• 致謝83-84
• 參考文獻(xiàn)84-90
• 攻讀碩士學(xué)位論文期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文90

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本文編號(hào)：1101315