壓電陶瓷因其在外加電場(chǎng)或力場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生壓電效應(yīng)而在智能系統(tǒng)的傳感轉(zhuǎn)換材料和驅(qū)動(dòng)裝置等方面有著廣泛的應(yīng)用。傳統(tǒng)理論研究認(rèn)為該壓電效應(yīng)是線性可逆的,但在實(shí)驗(yàn)研究和實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn),在較強(qiáng)外加電場(chǎng)或力場(chǎng)作用下壓電響應(yīng)呈現(xiàn)非線性。研究和建立壓電陶瓷的非線性本構(gòu)模型對(duì)壓電陶瓷非線性響應(yīng)的預(yù)測(cè)和壓電陶瓷的應(yīng)用具有重要的理論指導(dǎo)意義。為了構(gòu)建合適的壓電陶瓷本構(gòu)模型,本論文引入圓形隨機(jī)分布來模擬簡(jiǎn)化的二維隨機(jī)分布方向的電疇模型。定義電疇濃度參數(shù)κ并結(jié)合坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換,推導(dǎo)得到單個(gè)晶胞的自發(fā)極化和自發(fā)應(yīng)變與材料整體剩余極化和剩余應(yīng)變的關(guān)系式,實(shí)現(xiàn)微觀參數(shù)與宏觀變量的轉(zhuǎn)換。因?yàn)槟Ｐ蛯?duì)單個(gè)晶胞內(nèi)的自發(fā)極化和自發(fā)應(yīng)變數(shù)值變化十分敏感,所以需要對(duì)兩個(gè)參數(shù)進(jìn)行全局優(yōu)化。自適應(yīng)差分進(jìn)化算法因使用簡(jiǎn)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(jìn)行自適應(yīng),節(jié)約了算法參數(shù)的調(diào)節(jié)時(shí)間并提高了算法的全局優(yōu)化效果。根據(jù)外場(chǎng)的不同,理論模擬可分為外加電場(chǎng)和外加力場(chǎng)兩部分。為了驗(yàn)證模型的正確性和優(yōu)化的精度,本構(gòu)模型中的材料參數(shù)如壓電系數(shù)、介電系數(shù)等假設(shè)為未知并通過模型逆向推導(dǎo)求解。摻鑭鋯鈦酸鉛(8/65/35 PLT)因其... 

【文章來源】：廈門大學(xué)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(xué)位級(jí)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(yīng)??宏觀唯象模型是為了解釋在實(shí)驗(yàn)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(gòu)行為如圖１．４所示。圖１．４?（ａ）表示電位移與電場(chǎng)之間關(guān)??系的電滯回線，圖１．４（ｂ）表示應(yīng)變與電場(chǎng)之間關(guān)系的蝶形曲線，電滯回線和蝶??形曲線表示材料的剩余應(yīng)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(yīng)力場(chǎng)下電位移和應(yīng)變的變化。詳細(xì)的宏觀響應(yīng)產(chǎn)生原理將在第２章中??詳細(xì)介紹。ＨｕｂｅｒｌＷ等人還對(duì)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(duì)壓電陶瓷施加了與初始極化方向呈０°、４５°、??９０°、１３５°、１８０°的電場(chǎng)，并記錄了電場(chǎng)方向的電位移。從圖１．５可以看出電位移??并不與電場(chǎng)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象建立的，研宄者們希望能夠建立與實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到最好擬合??效果的數(shù)學(xué)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(yīng)??宏觀唯象模型是為了解釋在實(shí)驗(yàn)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(gòu)行為如圖１．４所示。圖１．４?（ａ）表示電位移與電場(chǎng)之間關(guān)??系的電滯回線，圖１．４（ｂ）表示應(yīng)變與電場(chǎng)之間關(guān)系的蝶形曲線，電滯回線和蝶??形曲線表示材料的剩余應(yīng)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(yīng)力場(chǎng)下電位移和應(yīng)變的變化。詳細(xì)的宏觀響應(yīng)產(chǎn)生原理將在第２章中??詳細(xì)介紹。ＨｕｂｅｒｌＷ等人還對(duì)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(duì)壓電陶瓷施加了與初始極化方向呈０°、４５°、??９０°、１３５°、１８０°的電場(chǎng)，并記錄了電場(chǎng)方向的電位移。從圖１．５可以看出電位移??并不與電場(chǎng)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(shí)驗(yàn)現(xiàn)象建立的，研宄者們希望能夠建立與實(shí)驗(yàn)結(jié)果達(dá)到最好擬合??效果的數(shù)學(xué)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


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