本文關(guān)鍵詞：彈性波在多層壓電壓磁結(jié)構(gòu)中的傳播　出處：《北京科技大學(xué)》2016年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：磁電彈性材料由于具有磁能-電能-機械能相互轉(zhuǎn)化的功能,在傳感器以及智能材料和結(jié)構(gòu)中得到廣泛的應(yīng)用。用壓電或壓磁材料制作的層狀周期結(jié)構(gòu)(又稱一維聲子晶體)還具有彈性波帶隙特性。這種帶隙特性為聲波和彈性波隔聲和隔振以及聲功能器件設(shè)計提供了全新的思路。本文主要考慮層狀壓電和壓磁結(jié)構(gòu)中初應(yīng)力、機械及介電非完好界面以及功能梯度層對彈性波傳播特性和色散特性的影響。具體完成的工作如下：(1).基于增量應(yīng)力理論,研究了含初應(yīng)力的一個半無限大壓電介質(zhì)分界面彈性波反射和透射。在此基礎(chǔ)上進一步研究了含初應(yīng)力的一維壓電／壓電型聲子晶體和含初應(yīng)力的一維壓電／壓磁型聲子晶體。利用傳遞矩陣法和Bloch定理建立了彈性波傳播的色散方程。通過數(shù)值模擬,分析了初應(yīng)力對彈性波傳播特性和色散特性的影響。并應(yīng)用能量守恒定律對數(shù)值結(jié)果進行了驗證。研究表明初應(yīng)力通過修正壓電介質(zhì)的本構(gòu)方程、控制方程和邊界條件,從而對彈性波傳播特性和色散特性產(chǎn)生影響。(2).考慮由于界面缺陷和損傷積累而產(chǎn)生的機械和介電非完好界面。研究各種機械和介電非完好界面條件下,二個半無限大壓電介質(zhì)分界面處的彈性波反射和透射。計算反射波和透射波攜帶的能量,并應(yīng)用能量守恒定律驗證數(shù)值結(jié)果。討論和分析了各種機械和介電非完好界面對彈性波反射和透射特性的影響。在此基礎(chǔ)上,進一步利用傳遞矩陣法和Bloch定理研究了含機械和介電非完好界面的一維壓電／壓電型聲子晶體,分析了機械和介電非完好界面對Bloch波色散特性以及帶隙特性的影響。研究表明機械和介電非完好界面通過促進波型轉(zhuǎn)換,改變反射波和透射波能量分配,進而影響B(tài)loch波色散特性以及帶隙特性。(3).針對材料參數(shù)連續(xù)變化的功能梯度層,建立狀態(tài)轉(zhuǎn)移微分方程,通過Magnus級數(shù)展開求解變系數(shù)矩陣微分方程,獲得功能梯度層的傳遞矩陣。然后,利用Bloch定理建立含功能梯度層的一維壓電／壓磁層狀聲子晶體的色散方程,分析了功能梯度層對Bloch波色散關(guān)系的影響。在此基礎(chǔ)上進一步研究了含功能梯度層的壓電／壓磁多層柱殼結(jié)構(gòu),分析了功能梯度圓柱殼層對環(huán)向傳播的出平面剪切波色散特性的影響。研究表明功能梯度層對彈性波傳播特性和色散特性有明顯影響,通過對梯度剖面的精心設(shè)計可以實現(xiàn)對彈性波傳播特性和色散特性的人為調(diào)控。初應(yīng)力、機械及介電非完好界面和功能梯度層對彈性波傳播和色散特性有不同的影響規(guī)律。一般地,高頻波的傳播和色散特性對這些因素較低頻波更為敏感。通過對初應(yīng)力、機械及介電非完好界和功能梯度層對彈性波傳播和色散特性的研究,揭示了這些因素影響彈性波傳播的物理機制和影響規(guī)律。為聲功能器件設(shè)計和聲了晶體帶隙設(shè)計提供了理論指導(dǎo)。
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【學(xué)位授予單位】：北京科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：O347.41
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本文編號：1352570