壓電陶瓷因其在外加電場或力場作用下會產生壓電效應而在智能系統(tǒng)的傳感轉換材料和驅動裝置等方面有著廣泛的應用。傳統(tǒng)理論研究認為該壓電效應是線性可逆的,但在實驗研究和實際應用中發(fā)現(xiàn),在較強外加電場或力場作用下壓電響應呈現(xiàn)非線性。研究和建立壓電陶瓷的非線性本構模型對壓電陶瓷非線性響應的預測和壓電陶瓷的應用具有重要的理論指導意義。為了構建合適的壓電陶瓷本構模型,本論文引入圓形隨機分布來模擬簡化的二維隨機分布方向的電疇模型。定義電疇濃度參數(shù)κ并結合坐標系轉換,推導得到單個晶胞的自發(fā)極化和自發(fā)應變與材料整體剩余極化和剩余應變的關系式,實現(xiàn)微觀參數(shù)與宏觀變量的轉換。因為模型對單個晶胞內的自發(fā)極化和自發(fā)應變數(shù)值變化十分敏感,所以需要對兩個參數(shù)進行全局優(yōu)化。自適應差分進化算法因使用簡單、收斂快被選為本論文的優(yōu)化算法,且算法中的控制參數(shù)能夠進行自適應,節(jié)約了算法參數(shù)的調節(jié)時間并提高了算法的全局優(yōu)化效果。根據(jù)外場的不同,理論模擬可分為外加電場和外加力場兩部分。為了驗證模型的正確性和優(yōu)化的精度,本構模型中的材料參數(shù)如壓電系數(shù)、介電系數(shù)等假設為未知并通過模型逆向推導求解。摻鑭鋯鈦酸鉛(8/65/35 PLT)因其... 

【文章來源】：廈門大學福建省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：85 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

壓電陶瓷中四方晶體1800和90“疇變過程[15]

（一）壓電陶瓷的非線性響應??宏觀唯象模型是為了解釋在實驗中壓電陶瓷表現(xiàn)出的非線性特性。單軸電力??加載下的壓電陶瓷本構行為如圖１．４所示。圖１．４?（ａ）表示電位移與電場之間關??系的電滯回線，圖１．４（ｂ）表示應變與電場之間關系的蝶形曲線，電滯回線和蝶??形曲線表示材料的剩余應變和剩余極化之間存在著耦合。圖１．４（ｃ）和圖１．４（ｄ）??是材料在應力場下電位移和應變的變化。詳細的宏觀響應產生原理將在第２章中??詳細介紹。ＨｕｂｅｒｌＷ等人還對多軸電加載下壓電陶瓷的宏觀行為做了更為系統(tǒng)的??研究，如圖１．５所示。圖１，５中分別對壓電陶瓷施加了與初始極化方向呈０°、４５°、??９０°、１３５°、１８０°的電場，并記錄了電場方向的電位移。從圖１．５可以看出電位移??并不與電場大小成正比，即壓電陶瓷宏觀行為表現(xiàn)出非線性特性。宏觀唯象模型??就是基于這類實驗現(xiàn)象建立的，研宄者們希望能夠建立與實驗結果達到最好擬合??效果的數(shù)學模型。??⑷?（ｂ）?－ｉｆ??－１．５?Ｊ?－３－２－１０１２３??（Ｃ＼?＾?（：）?夕??－２－７５?－１．７５?＞６５＾０２＾－２５??ｎ??－ａ＿?／?七－＇??■７」ｃｒ〇?＿７」〇

（一）壓電陶瓷的非線性響應??宏觀唯象模型是為了解釋在實驗中壓電陶瓷表現(xiàn)出的非線性特性。單軸電力??加載下的壓電陶瓷本構行為如圖１．４所示。圖１．４?（ａ）表示電位移與電場之間關??系的電滯回線，圖１．４（ｂ）表示應變與電場之間關系的蝶形曲線，電滯回線和蝶??形曲線表示材料的剩余應變和剩余極化之間存在著耦合。圖１．４（ｃ）和圖１．４（ｄ）??是材料在應力場下電位移和應變的變化。詳細的宏觀響應產生原理將在第２章中??詳細介紹。ＨｕｂｅｒｌＷ等人還對多軸電加載下壓電陶瓷的宏觀行為做了更為系統(tǒng)的??研究，如圖１．５所示。圖１，５中分別對壓電陶瓷施加了與初始極化方向呈０°、４５°、??９０°、１３５°、１８０°的電場，并記錄了電場方向的電位移。從圖１．５可以看出電位移??并不與電場大小成正比，即壓電陶瓷宏觀行為表現(xiàn)出非線性特性。宏觀唯象模型??就是基于這類實驗現(xiàn)象建立的，研宄者們希望能夠建立與實驗結果達到最好擬合??效果的數(shù)學模型。??⑷?（ｂ）?－ｉｆ??－１．５?Ｊ?－３－２－１０１２３??（Ｃ＼?＾?（：）?夕??－２－７５?－１．７５?＞６５＾０２＾－２５??ｎ??－ａ＿?／?七－＇??■７」ｃｒ〇?＿７」〇


本文編號：2928591