【摘要】：新型弛豫型鐵電單晶鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)的壓電性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于傳統(tǒng)壓電陶瓷,在醫(yī)學(xué)超聲、水下聲納、微波通訊和新興智能材料系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)的壓電陶瓷不同,PMN-PT單晶的宏觀對稱性與晶體的極化方向密切相關(guān),彈性波在其結(jié)構(gòu)中的傳播會出現(xiàn)一些特殊的物理力學(xué)現(xiàn)象,因此本文將對PMN-PT單晶／彈性層狀復(fù)合材料或結(jié)構(gòu)中的波動問題進(jìn)行研究,主要內(nèi)容有：(1)SH波在PMN-PT/彈性雙材料界面上的反射和透射.考慮PMN-PT單晶不同的切割角度,分析反射、透射系數(shù)以及能量分配系數(shù)隨入射角的變化。結(jié)果表明：電學(xué)邊界條件和PMN-PT的切割角度對SH波和電聲波(EA波)的反射、透射系數(shù)以及能量分配規(guī)律有很大影響。(2)QP波和QSV波在PMN-PT/彈性雙材料界面上的反射和透射.考慮PMN-PT不同的極化方向,分析各散射體波的反射、透射系數(shù)以及能量分配系數(shù)隨入射角的變化規(guī)律。結(jié)果表明：當(dāng)PMN-PT單晶沿[001]c極化時,準(zhǔn)橫波(QSV波)從PMN-PT介質(zhì)入射時在界面上會發(fā)生橫波分裂現(xiàn)象,并且PMN-PT單晶的不同極化方向會產(chǎn)生不同的反射、透射波場。(3) PMN-PT／彈性基底結(jié)構(gòu)中SH波的傳播.研究邊界條件、單晶切割角度以及基底厚度對頻散性能和機電耦合系數(shù)的影響。結(jié)果表明：電學(xué)開路條件下,SH波相速度隨著無量綱波數(shù)增大趨向于PMN-PT單晶在相應(yīng)切割角度下的極限波速；電學(xué)短路條件下,SH波1階模態(tài)的相速度趨向于PMN-PT單晶在相應(yīng)切割角度下的B-G表面波波速,而高階模態(tài)則趨于極限波速。當(dāng)波數(shù)較小時,PMN-PT層與彈性基底的厚度比對SH波的頻散特性影響較大,隨波數(shù)增大,厚度比對頻散特性的影響逐漸消失；彈性基底材料性能決定著復(fù)合結(jié)構(gòu)中SH波的起始速度,晶體的切割角度決定著SH波的漸近速度。(4) PMN-PT/彈性層狀結(jié)構(gòu)中平面波的傳播.包括層狀半空間結(jié)構(gòu)中的Rayleigh型表面波和雙材料板中的Lamb波。揭示電學(xué)邊界條件、PMN-PT單晶的極化方向、層厚比以及彈性介質(zhì)的材料性能對平面波傳播的影響。對于層狀半空間結(jié)構(gòu),半空間的材料性能決定著Rayleigh波的起始速度,PMN-PT單晶不同的極化方向可獲得不同的漸近速度。對于雙材料板結(jié)構(gòu),PMN-PT層和彈性層的厚度比越小,Lamb波傳播的越快；Lamb波在雙材料板中傳播時存在一個高速偽表面波,且彈性層的體剪切波波速越大,高速偽表面波的速度越大,相應(yīng)的截止頻率也越大。(5) PMN-PT/彈性周期層狀結(jié)構(gòu)中彈性波的傳播和局部化.主要分析PMN-PT的極化方向和切割角度對局部化因子、位移反射、透射系數(shù)以及能量反射、透射系數(shù)的影響。結(jié)果顯示：SH波的帶隙特征與入射角、極化方向和切割角度密切相關(guān)。PMN-PT沿[011]。方向極化時周期結(jié)構(gòu)中獲得的帶隙最寬,沿[001]。極化時獲得的帶隙最窄。PMN-PT的切割角度越大,局部化因子也越大。由透射波的頻率響應(yīng)和局部化因子所描述的頻帶結(jié)構(gòu)特征是吻合的。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(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：2585711