多孔壓電駐極體薄膜材料的動態力電行為研究

《多孔壓電駐極體薄膜材料的動態力電行為研究》是依託同濟大學，由萬永平擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多孔壓電駐極體薄膜材料的動態力電行為研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：萬永平
• 依託單位：同濟大學

中文摘要

系統研究多孔壓電駐極體薄膜材料的動態力電行為，建立多孔壓電駐極體薄膜材料的動態有效力電性質和波動特性與孔洞微結構參數、極化電荷和材料參數之間的關係；發展多孔壓電駐極體薄膜材料動態力電行為分析的理論建模和數值模擬方法；獲得典型多孔壓電駐極體薄膜材料動態力電行為的實驗數據。本項目的研究將深化理解多孔壓電駐極體薄膜材料的力電行為。研究成果對於充分發揮柔性多孔壓電駐極體材料的潛力，提升多孔壓電駐極體材料在高技術機電感測器套用中的可靠性，既具有重要的套用價值也有著重要的基礎研究意義

結題摘要

多孔壓電駐極體是帶有分布電荷的孔洞聚合物材料，是一種新型的壓電材料。多孔壓電駐極體材料的巨觀壓電性與內部孔洞微結構的構型和分布密切相關。本項目將多孔壓電駐極體材料看成含周期孔洞微結構的複合材料，採用漸近均勻化理論求解巨觀等效係數，基於變密度法和拓撲最佳化方法，利用ANSYS的APDL參數化設計語言編制基於有限元分析的最佳化程式，給出最優的孔洞微結構拓撲，獲得最大壓電係數。 在本項目的支持下，研究了含非完整界面的多相壓電複合材料的三維靜態有效性質。推導了含彈簧型非完整界面的非均勻壓電體的虛功原理和變分原理，利用變分原理推導了含橢球夾雜的多相壓電複合材料有效性質的上下界限；分析了材料的體積分數、界面性質、夾雜的長細比以及取向對複合材料的整體性質的影響。在壓電複合材料的動態有效性質方面，我們首先考慮彈簧和薄膜型非完整界面，推導了無限大壓電體含單個柱形夾雜的壓電複合體的動態格林函式。利用波函式展開法和廣義自洽法，對含彈簧和薄膜型非完整界面的兩相1-3型纖維增強壓電複合材料的動態有效性質（有效波速）進行了研究，分析了兩種非完整界面下，波數（頻率）、界面參數和纖維尺寸對動態有效性質的影響；在壓電/壓磁複合材料及結構的界面裂紋問題中，我們研究了周期Yoffe型的界面運動裂紋問題，獲得了關聯材料失配、層厚比和裂紋運動速度的無量綱參數，從而可以討論裂紋運動速度、界面材料失配對界面裂紋應力強度因子的影響；考慮裂紋尖端同時存在條帶狀力屈服和電屈服區，獲得了半無限壓電雙材料含Yoffe型界面運動裂紋的裂紋運動速度對斷裂參數的影響。 本項目所獲得的一系列創新性成果，不僅給出了基於多孔壓電駐極體材料有效壓電性質的一種最佳化模型，為多孔壓電駐極體材料的孔洞微結構最佳化設計提供了一種最佳化方法；而且給出了含弱界面的壓電複合材料的靜、動態有效性質的分析，這些分析對於理解壓電複合材料的界面問題具有參考意義。