非理想界面弹性层/压电柱结构中SH波的传播特性

研究了各向同性弹性层与压电柱之间非理想连接时沿周向传播的SH波的频散特性.弹性层表面力学自由;弹性层与压电柱之间应力连续、位移间断.通过求解控制方程,将问题的解用Bessel函数表示,利用界面条件和边界条件得到频散方程,然后对其进行数值求解,分析了界面性态、材料常数和几何尺寸对SH波传播特性的影响.     

初应力对单向复合材料圆柱板周向波的影响

基于“增量变形力学”理论,研究了径向和轴向均匀初应力作用下单向复合材料圆柱板中周向波的传播特性,应用Legendre多项式方法求解了耦合波动方程。讨论了单向复合材料纤维方向分别为周向和轴向时,初应力对圆柱板中的周向类Lamb波和SH波的影响。数值分析结果表明初应力对周向类Lamb波和周向SH波的影响是非常不同的;轴向初应力对频散曲线、位移和应力分布的影响与径向初应力的影响也不相同。     

弱界面压电／压磁层状结构中的SH波

研究了弱界面压电层/压磁半空间结构中SH波的频散特性, 界面性能由 ``弹簧'模型表征, 压电层的表面考虑电学短路和电学开路两种边界条件. 推导了显函形式的 频散方程, 并结合算例分析了界面性能和电学边界条件对SH波传播特性的影响. 数值结果表 明: 弱界面降低了SH波传播的相速度; 对于短路电边界条件, 弱界面可以使一阶模态的相速 度小于B-G表面波的速度; 对于开路电边界条件, 一阶模态的相速度总是大于剪切体波的波 速.     

功能梯度压电夹层结构中SH波的传播

研究了功能梯度压电上、下半空间和均匀压电层组成的夹层结构中SH波的传播性能,上、下功能梯度半空间的材料性能沿垂直于界面方向以指数函数形式变化。首先推导了SH传播时电弹场的解析解,然后利用界面条件得到了行列式形式的频散方程。基于推导的频散方程,通过数值算例表明了材料性能梯度变化、压电层厚度和材料组合方式对相速度的影响,结果对功能梯度压电材料在声波器件中的应用有参考价值。     

压电纳米板中SH型导波的传播特性

压电纳米材料具有机电耦合性强、功耗低和反应灵敏等独特性能,且能满足工程对压电器件微型化的要求,从而在传感、微纳米机电系统和柔性电子器件等领域展现出了广阔的应用前景. 高比表面积引起的表面效应是压电纳米材料最重要的结构特征之一,其对材料的整体力学性质起着决定性的作用.表面效应会导致应力和电位移在压电表面的两侧出现间跃,故传统的力电场连续性条件将不再适用.考虑表面为不计厚度却拥有独立材料参数的薄层,采用表面压电模型计及表面弹性、表面压电性、表面介电性和表面密度的影响,本文研究了压电纳米板中SH型导波的传播特性,给出了板边界处的非典型力电平衡条件,得到了频散方程的解析表达,并结合数值算例详细讨论了表面材料参数和结构尺寸对对称和反对称频散模态的影响.结果表明:SH型导波在压电纳米板中的传播具有明显的尺寸相关性,即当板厚很小时,表面效应会显著改变其频散行为,而随着板厚的增大,表面效应的影响会不断减弱直至可忽略不计.      

偏压电场对压电板中Lamb波相速度的影响

本文研究了偏压电场作用下,Lamb波在压电板中的传播行为，首先给出了偏压电场作用时压电板中的应力场及电位移场，然后通过求解含初应力及初电位移的小幅波动问题的耦合方程，分别给出了Lamb波的对称模态和反对称模态的相速度方程，以典型的PZT－5H压电陶瓷板为例进行了数值计算,并讨论了偏压电场对Lamb波相速度及频散曲线的影响，结果表明，偏压电场可以显著地改变Lamb波的传播速度，借此可使声波器件获得延时效果。     

SH波在压电材料条中垂直界面裂纹处的散射

研究了SH波在压电材料条中裂纹处的散射.压电材料条两侧涂有相同梯度参数的两个半无限大功能梯度材料,裂纹垂直于界面.通过Fourier变换,利用边界条件把问题转化为柯西核奇异积分方程,然后利用Chebyshev多项式对奇异积分方程进行数值求解.通过数值计算,分析讨论了压电条的几何参数和SH波频率对标准动应力强度因子的影响.     

含直对称裂纹的一维六方压电准晶对SH波的散射Scattering of SH wave by a linear symmetric crack at one-dimensional piezoelectric hexagonal quasicrystals

利用积分变换技术,结合Copson方法,研究了含直线型对称裂纹的一维六方压电准晶对SH波的散射问题。通过求解对偶积分方程,得到声子场、相位子场应力、位移及电场电位移分量的解析解。定义了裂纹尖端应力强度因子及电位移强度因子,给出了电非渗透性条件下应力强度因子及电位移强度因子的解析解。此研究结果对压电准晶材料的工程应用有一定的理论价值。     

压电空心圆柱中波的传播

应用三维压电弹性体轴对称模型对压电空心圆柱中波的传播进行了研究. 发现在 圆柱中是否具有压电性质会对波的传播带来显著的差异. 当波长趋向于零时，在压电圆柱中 拟P波的波速渐进趋向于横观各向同性弹性体的准P波波速，而非压电圆柱中拟P波的波速 渐进趋向于一维杆模型中的P波波速；在压电圆柱中拟SV波存在驻波现象. 圆柱中的SH波 同电场无关，所以在压电圆柱和非压电圆柱中SH波具有相同的频散曲线. 应用积分变 换方法将圆柱的控制方程同其侧边界条件相结合，得到了一组动力学方程. 针对具体的侧边 界条件，得到相对应的波导条件和频散方程. 在此基础上通过数值计算模拟了圆柱受到端部 应力脉冲激励后的瞬态响应. 同时讨论了空心圆柱的半径比对轴向波传播的影响.     

PMN-PT层/弹性基底结构中声表面波特性分析

研究了PMN-PT 压电层/弹性(金刚石) 基底结构中表面波的传播特性,压电层表面是机械自由的,电学边界条件分为电学开路和电学短路,压电层与基底之间采用理想连接. 得到了满足控制方程和边界条件的电弹场以及弹性波在结构中传播时的频散方程,通过数值算例分析了压电材料PMN-PT 的极化方向对弹性波频散曲线和机电耦合系数的影响,以及不同极化方向时弹性位移和电势随结构深度方向的变化,结果可为PMN-PT 压电材料在高频声表面波器件中的应用提供有价值的理论参考.      

恒磁场作用下压磁/压电半导体复合圆柱壳的耦合响应分析

本文针对由压磁材料和压电半导体材料组成的无限长复合圆柱壳结构,理论研究了其在径向恒磁场作用下结构内的多场耦合力学响应问题。为解析求解方便,文中分别采用单向耦合法和线性全耦合法,导出复合圆柱壳内位移场、电场、载流子等物理量的解析表达式。利用导出的解析表达式,数值分析了磁场大小和半导体层厚度比对结构内电势、电场和载流子的影响。计算结果表明：磁场和厚度比均可用来有效调控半导体层内的电学量,复合圆柱壳结构的厚度比有一个最优区间。     

恒磁场作用下压磁/压电半导体复合圆柱壳的耦合响应分析

本文针对由压磁材料和压电半导体材料组成的无限长复合圆柱壳结构，理论研究了其在径向恒磁场作用下结构内的多场耦合力学响应问题。为解析求解方便，文中分别采用单向耦合法和线性全耦合法，导出复合圆柱壳内位移场、电场、载流子等物理量的解析表达式。利用导出的解析表达式，数值分析了磁场大小和半导体层厚度比对结构内电势、电场和载流子的影响。计算结果表明：磁场和厚度比均可用来有效调控半导体层内的电学量，复合圆柱壳结构的厚度比有一个最优区间。     

Transient analysis on surface heated piezoelectric semiconductor plate lying on rigid substrate

Based on the thermo-electro-elastic coupling theory, the mathematical model for a surface heated piezoelectric semiconductor (PS) plate is developed in the time domain. Applying the direct and inverse Laplace transformations to the established model, the mechanical and electrical responses are investigated. The comparison between the analytical solution and the finite element method (FEM) is conducted, which illustrates the validity of the derivation. The calculated results show that the maximum values of the mechanical and electrical fields appear at the heating surface. Importantly, the perturbation carriers tend to concentrate in the zone near the heating surface under the given boundary conditions. It can also be observed that the heating induced elastic wave leads to jumps for the electric potential and perturbation carrier density at the wavefront. When the thermal relaxation time is introduced, all the field quantities become smaller because of the thermal lagging effect. Meanwhile, it can be found that the thermal relaxation time can describe the smooth variation at the jump position. Besides, for a plate with P-N junction, the effect of the interface position on the electrical response is studied. The effects of the initial carrier density on the electrical properties are discussed in detail. The conclusions in this article can be the guidance for the design of PS devices serving in thermal environment.     

层状压电半导体板的稳态弯曲振动分析

本文针对具有极化-变形-载流子耦合的层状压电半导体复合悬臂结构，理论研究了自由端在周期荷载作业下的稳态响应问题，导出了板中位移场、电场、载流子等物理量的解析表达式，并数值分析了周期荷载的幅值、激励频率和初始载流子浓度对结构宏观力学响应的影响。数值结果表明：在一阶固有频率下，结构内部各物理量响应幅值较大；在高阶固有频率下，各物理量响应出现多个局部峰值区域，其幅值相对减小，载流子会朝局部极值区域“聚集”或“离开”局部极值区域。初始载流子浓度在一定范围内对结构的固有频率以及各物理量的稳态响应有显著的调控作用。     

初应力对压电层状结构声表面波传播性能的影响

研究了压电层状结构中初应力对广义Ｒａｙｌｅｉｇｈ波传播相速度和机电耦合性能的影响,通过求解含初应力的运动微分方程,对自由界面电学开路和短路两种情况得到了相应的相速度方程。给出了具体的数值算例,所得结果对于提高和改善声表面波器件性能有参考意义。     

Bleustein–Gulyaev waves in 6 mm piezoelectric materials loaded with a viscous liquid layer of finite thickness

In this paper, we analyze the propagation of Bleustein–Gulyaev waves in an unbounded piezoelectric half-space loaded with a viscous liquid layer of finite thickness within the linear elastic theories. Exact solutions of the phase velocity equations are obtained in the cases of both electrically open circuit and short circuit by solving the equilibrium equations of piezoelectric materials and the diffusion equation of viscous liquid. A PZT-5H/Glycerin system is selected to perform the numerical calculation. The results show that the mass density and the viscous coefficient have different effects on the propagation attenuation and phase velocity under different electrical boundary conditions. In particular, the penetration depth of the waves is of the same order as the wavelength in the case of electrically short circuit. These effects can be used to manipulate the behavior of the waves and have implications in the application of acoustic wave devices.     

Surface wave transference in a piezoelectric cylinder coated with reinforced material

The present study deals with the propagation of a polarized shear horizontal(SH)wave in a pre-stressed piezoelectric cylinder circumscribed by a self-reinforced cylinder.The interface of the two media is assumed mechanically imperfect.For obtaining the dispersion relation,the mathematical formulation has been developed and solved by an analytical treatment.The effects of various parameters,i.e.,the thickness ratio,the imperfect interface,the initial stress,the reinforcement,and the piezoelectric and dielectric constants,on the dispersion curve are observed prominently.The dispersion curves for different modes have been also plotted.The consequences of the study may be used for achieving optimum efficiency of acoustic wave devices.