压电和磁电弹性介质层状结构中SH表面波的传播

论文摘要

声表面波是一种能量集中在弹性体表面附近的波,其性能与覆盖层和基底材料的性质、相对厚度、加工成型时客观存在的初应力以及电极形式等因素密切相关。因此,揭示上述因素与声表面波的定量关系,考察压电和磁电弹性层状结构中初始应力对声波传播特性的影响,对提高器件的性能具有重要意义。本文以线性压电弹性理论、电磁学以及固体中的弹性波为基础,主要研究了压电和磁电弹性介质中SH表面波的传播特性。(1)研究了具有初应力的压电圆柱层状结构中SH表面波的传播。基于线性压电弹性理论,利用压电层表面的应力自由边界条件和电学开路与短路边界条件,求解SH波的耦合波方程,研究了压电覆盖层中初始应力对波传播性能的影响。主要针对覆盖层为压电陶瓷材料PZT? 5H,基体为铝金属的圆柱层状结构,分析了初始应力对相速度和机电耦合系数等的作用。(2)研究了磁电弹性介质层状结构中SH表面波的传播特性。基于线性磁电弹性理论、层状结构表面的电学磁学开路和短路边界条件以及界面的连续条件,得到了电学开路和短路情况下的频散方程,进而对相速度、群速度、磁机电耦合系数、电势和磁势的分布进行了详细的计算和讨论。(3)进一步研究了具有初应力的磁电弹性层状结构中SH表面波的传播规律。基于线性磁电弹性理论,将磁电弹性介质中传播的耦合波方程简化为一个Helmholtz方程和两个Laplace方程,利用压磁覆盖层和压电基体间的连续条件和结构表面的边界条件,得到了考虑初始应力的波传播的频散关系,进而分析初应力对速度、群速度、电磁机电耦合系数、电势以及磁势的影响。(4)研究了具有初应力的压电层状结构中间隙波的传播。通过求解耦合场方程,得到了压电多层结构中间隙波的相速度、位移和电势函数的解,讨论了初应力对间隙波相速度的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 声表面波研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要工作
• 2 具有初应力的压电圆柱层状结构中SH 表面波的传播
• 2.1 引言
• 2.2 问题的描述
• 2.3 方程的解
• 2.4 问题的解
• 2.4.1 电学开路情况
• 2.4.2 电学短路情况
• 2.5 结果和讨论
• 2.6 本章小结
• 3 磁电弹性介质层状结构中SH 表面波的传播
• 3.1 引言
• 3.2 问题的描述
• 3.3 问题的解
• 3.4 相速度方程
• 3.4.1 自由表面电学磁学开路情况的解
• 3.4.2 自由表面电学磁学短路情况的解
• 3.5 应力的解
• 3.6 数值模拟及讨论
• 3.7 本章小结
• 4 具有初应力的磁电弹性介质中SH 表面波的传播
• 4.1 引言
• 4.2 问题的描述
• 4.3 方程的解
• 4.4 速度方程
• 4.4.1 自由表面电学磁学开路情况的解
• 4.4.2 自由表面电学磁学短路情况的解
• 4.5 应力的解
• 4.6 数值模拟及讨论
• 4.7 本章小结
• 5 具有初应力的压电层状结构中 Gap 波的传播
• 5.1 引言
• 5.2 问题的描述
• 5.3 间隙波的传播
• 5.4 边界条件
• 5.5 数值模拟结果与分析
• 5.6 本章小结
• 6 总结与展望
• 参考文献
• 附录A
• 附录B
• 附录C
• 附录D
• 在学研究成果
• 致谢