尺度效應下單層壓電微換能器的特性研究.pdf

1、本論文對單層壓電微換能器的特性進行了研究，包括靜態(tài)特性及動態(tài)特性。本文所研究的換能器是懸臂梁式，并為層合梁，包含壓電層、被動層及上下電極層，前者的厚度在微尺度下。首先強電場激勵下壓電層發(fā)生彎曲時，必須要考慮壓電材料的電致伸縮效應，這將使得壓電方程中出現非線性項，即電場強度的平方項。其非線性隨電場強度而改變，電場增大則相應增大。實驗表明:當結構的特征尺寸在微尺度時，其力學特性對特征尺寸有著很大的依賴性，與宏觀尺寸下顯著不同，這種特性被稱為

2、尺度效應。因此在這篇文章中將會運用偶應力理論來研究該換能器在尺度效應下的靜態(tài)應變。最后，由于懸臂梁式的彎曲換能器一般工作在其彎曲振動的諧振頻率附近，因此，為了得到換能器的最佳性能，需要深入研究其動態(tài)特性。本文中運用模態(tài)分解來分析換能器動態(tài)機電響應，并使用MATLAB軟件對該響應進行數值模擬。結果顯示:當壓電層的厚度處在微米尺度時，換能器壓電層的無量綱剛度會發(fā)生顯著增加，這將影響換能器的諧振頻率，導致換能器一階模態(tài)下的電荷和電壓輸出相應的