壓電-壓磁夾層結(jié)構(gòu)的圣維南端部效應(yīng)研究.pdf

1、壓電-壓磁復(fù)合材料是由具有力電耦合效應(yīng)的壓電材料和具有力磁耦合效應(yīng)的壓磁材料復(fù)合而成的新型功能材料，可用于制作磁電控制裝置、磁場傳感器、磁電換能器、濾波器、延遲線和諧振器等微波元件。由壓電層和壓磁層交替疊合成的結(jié)構(gòu)是壓電-壓磁復(fù)合材料的重要形式之一，本文研究幾種典型壓電-壓磁夾層結(jié)構(gòu)的圣維南端部效應(yīng)問題，目的是揭示材料性能、電磁邊界條件、界面性能和體積分?jǐn)?shù)等因素對端部效應(yīng)衰減性能的影響。主要內(nèi)容包括:
　　(1)反平面變形下壓電-

2、壓磁夾層結(jié)構(gòu)的圣維南端部效應(yīng)。夾層結(jié)構(gòu)端部的力-電-磁載荷是自平衡的;外層的邊界機(jī)械自由，但承受四種不同的電磁邊界條件，即電學(xué)短路-磁學(xué)短路、電學(xué)短路-磁學(xué)開路、電學(xué)開路-磁學(xué)開路和電學(xué)開路-磁學(xué)短路。基于磁電彈全耦合的控制方程，推導(dǎo)了問題的精確解和關(guān)于衰減率的特征方程。利用得到的特征方程，計(jì)算了壓電-壓磁-壓電、壓磁-壓電-壓磁兩種夾層結(jié)構(gòu)的衰減率。結(jié)果表明:壓電層的材料性能對電磁學(xué)短路下壓電-壓磁-壓電夾層結(jié)構(gòu)以及電磁學(xué)開路下壓磁-

3、壓電-壓磁夾層結(jié)構(gòu)的衰減率影響比較明顯;其它電磁邊界條件下影響則較小，且衰減率小于π/2。
　　(2)反平面變形下弱界面壓電-彈性夾層結(jié)構(gòu)的圣維南端部效應(yīng)衰減問題。結(jié)構(gòu)的端部承受自平衡電彈載荷;結(jié)構(gòu)的上下表面為機(jī)械自由表面，但承受電學(xué)短路或電學(xué)開路兩種電學(xué)邊界條件。從壓電材料的基本方程出發(fā)，推導(dǎo)了關(guān)于衰減率的特征方程。數(shù)值結(jié)果顯示:弱界面降低了夾層結(jié)構(gòu)的衰減率;當(dāng)體積分?jǐn)?shù)大于零且小于一時(shí)，隨著非理想界面參數(shù)的增大，衰減率趨于零。<

4、br>　　(3)平面應(yīng)變狀態(tài)下壓電-壓磁夾層結(jié)構(gòu)的端部效應(yīng)衰減問題。夾層結(jié)構(gòu)端部的力-電-磁載荷是自平衡的;外層的邊界機(jī)械自由，但施加四種形式的電磁學(xué)邊界條件。應(yīng)用狀態(tài)空間法和傳遞矩陣法，推導(dǎo)了關(guān)于衰減率的特征方程。數(shù)值結(jié)果表明:對于電磁學(xué)短路時(shí)的壓電-壓磁-壓電夾層結(jié)構(gòu)以及電磁學(xué)開路時(shí)的壓磁-壓電-壓磁結(jié)構(gòu)，壓電材料性能對衰減率有較大的影響，其它電磁邊界條件時(shí)的影響則較小，這與反平面變形的結(jié)果類似。
　　(4)軸對稱壓電-壓磁圓

5、柱夾層結(jié)構(gòu)圣維南端部效應(yīng)的衰減問題。結(jié)構(gòu)的端部承受自平衡磁電彈載荷;結(jié)構(gòu)的內(nèi)外表面為機(jī)械自由，但承受四種不同的電磁邊界條件。首先，給出壓電和壓磁材料在軸對稱圓柱坐標(biāo)系下的本構(gòu)方程并對其進(jìn)行無量綱化，其次，應(yīng)用狀態(tài)空間方法，把本構(gòu)方程重新組織成為矩陣微分方程，最后，應(yīng)用傳遞矩陣方法推導(dǎo)出關(guān)于衰減率的特征方程。數(shù)值結(jié)果表明:對于壓電-壓磁-壓電夾層結(jié)構(gòu)，電學(xué)短路時(shí)，磁學(xué)條件的變化對衰減率影響很大;而對于壓磁-壓電-壓磁夾層結(jié)構(gòu)，電學(xué)開路時(shí)，