《附加質量層及偏場作用下諧振器性能的力學分析》是依託西安交通大學，由金峰擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：附加質量層及偏場作用下諧振器性能的力學分析
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：金峰
- 依託單位：西安交通大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
在對壓電薄膜/石英諧振器設計所面臨的技術性瓶頸和亟待解決的難點問題進行系統梳理的基礎上，本項目研究擬從壓電彈性力學理論出發，結合諧振器類聲波的套用實際，對薄膜/石英諧振器中的附加質量層(附加電極)的形狀、尺寸和位置對其固有頻率的影響問題進行更深入的研究。採用理論分析結合實驗研究，探討附加質量層與壓電薄膜/石英板之間的非理想連線對諧振器的影響, 分析諧振器在偏場（偏溫度場）作用下及與非牛頓流體接觸作用下的非線性振動，分析諧振器在瞬態電衝擊載荷作用下的動力學回響行為和特徵。針對上述研究內容，給出相應的理論分析方法和有效的數值求解策略。項目研究不僅對於力-電-熱多場耦合問題的物理機理的深入探索具有良好的學術意義，同時對於具有高品質因數、良好頻率穩定性的高性能薄膜諧振器的設計和研製也具有重要的工程套用價值.
結題摘要
以具有高品質因數、良好頻率穩定性的高性能薄膜諧振器的力學設計和研製為目標，從壓電彈性力學基礎理論出發，結合諧振器類聲波器件的套用實際，針對附加質量層與石英諧振器之間非理想連線以及非均勻附加質量層的形狀、長度、厚度和位置等對其固有頻率的影響問題進行了深入研究。考察了QCM中非理想連線弱界面的影響，理論分析和數值計算中同時計及了附加質量層剛度和慣性的影響，運用攝動理論揭示了由非理想界面激發出的新的厚度-扭轉波。同時，套用Mindlin板理論求得了三明治板中的拉伸波以及彈性層合板中耦合的拉伸波和彎曲波，證明了非理想界面的出現可以激發出新的厚度-扭轉波或厚度-剪下波，這是在界面理想情況下沒有出現的新現象。開展了套用於附加質量層性能測試的基於泰勒級數二階近似的厚度-剪下波理論分析，方法具有良好的收斂性和很高的精度。由於頻率的漂移和質量層的密度及厚度之間的線性關係，QCM更適合於測試附加質量層的厚度及質量密度；在遇到打開、斷掉以及外加電壓和頻率的突然波動的瞬態載荷情況下，QCM大約需要0.1秒來達到穩定狀態。同時，在共振條件下，附加質量層越厚，會有更大的位移幅值和更長的瞬態回響時間。發展了二維電-磁-彈-熱多場耦契約時計及非局部效應和表面效應的簡化板殼理論，考慮了附加電極作用下壓電圓板的諧振問題，給出了壓電圓板需考慮表面效應的臨界尺寸，綜合研究了諧振器類聲波器件的尺寸依賴特性。發展了針對上述典型力學模型分析的理論方法和有效的數值求解策略。研究內容和取得的成果不僅對力-電-磁-熱多場耦合問題的物理機制的深入認識和闡釋有積極的意義，同時也可為諧振器類聲波器件的實際套用奠定了堅實的理論基礎。
