铁电薄膜在红外辐射作用下的动力响应

本文研究了红外探测器中红外焦平面列阵的象元———铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的输出信号。用层合板壳作为微桥结构的力学模型,中间一层为压电材料,上下两层为金属材料电极。采用了力-电-热耦合的控制方程和变分原理,考虑了铁电薄膜的惯性力,推导出了基于Mindlin假设的压电材料层合板有限元公式。以红外探测器在夜间从飞机上探测地面的坦克为例,用有限单元法模拟了铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的力、热、电输出信号,并对结果作了分析比较。     

功能梯度压电材料圆环位移和电势边值问题的精确解

圆环形的压电材料器件在智能结构中得到了广泛的应用。本文推导了横观各向同性功能梯度压电材料圆环在内、外边界上给定位移和电势情况下的一般解。极化方向在圆环的半径方向,材料常数的梯度方向也设定在半径方向,并可表示为半径r的幂,本构关系为线性。然后推导了压电圆环外壁固定、接地,内壁沿垂向有一微小位移、电势分别为余弦分布和均匀分布的问题的精确解,并计算了该问题在这两种电势情况下产生的无量纲形式的径向和环向位移、电势、应力及电位移沿径向分布的数值结果。计算中考虑了不同的材料梯度,以及内壁的位移与电势的不同比例。     

铁电薄膜在红外辐射作用下的响应

研究了红外探测器中红外焦平面列阵的象元———铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的输出信号。用层合板壳作为微桥结构的力学模型,中间一层为压电材料,上下两层为金属材料电极。采用了力-热-电耦合的控制方程和变分原理,推导出了基于Mindlin假设的压电材料层合板有限元公式。以红外探测器在夜间从飞机上探测地面的坦克为例,用有限单元法模拟了铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的力、热、电输出信号,并对结果作了分析比较。     

BST铁电薄膜在红外辐射作用下响应的解析解

研究了红外探测器中红外焦平面列阵的象元—BST铁电薄膜微桥在红外辐射作用下输出信号的分析方法.将BST铁电薄膜微桥结构简化为一块微米尺度的夹层板,中间是BST铁电薄膜,在极化模式下工作.微桥的上表面接收辐射脉冲信号.由于微桥十分微小,可以认为红外辐射在板面上均匀分布,又由于板的平面尺寸比厚度大得多,可以认为热传导只在板厚的方向进行.采用适当的力-电-热耦合的控制方程和非线性的本构方程,得到了铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的的力、热、电输出信号的解析解,并将计算结果与实验结果作了比较.     

功能梯度压电材料圆环在位移和反对称电势边值条件下的解析解

采用了在径向极化情况下横观各向同性的线性本构关系,考虑了材料性质沿径向的梯度分布,对功能梯度压电材料圆环在给定的位移和电势边界条件下,导出了问题的一般解．推导了外壁固定、接地,内壁沿垂向有一微小位移、电势为反对称分布问题的解析解,并计算了该问题在位移和电势作用情况下的位移、电势在不同梯度分布时的数值结果．     

铁电薄膜在红外辐射作用下响应的解析解

本文研究了红外探测器中红外焦平面列阵的象元———铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的输出信号。采用层合板作为力学模型,将铁电薄膜微桥结构简化为一块边长为微米量级、厚度为亚微米量级的夹层板,中间是铁电薄膜,上下表面为金属薄膜,上表面为金黑,下表面为铂(白金),上下表面都是电极。微桥的上表面接收周期为1/30秒的辐射方波脉冲信号。由于微桥十分微小,可以认为红外辐射在板面上均匀分布,又由于板的平面尺寸与厚度之比相当大,因此可以认为热传导只在板厚的方向进行,问题变为一维的。采用适当的力-电-热耦合的控制方程,利用级数解,算出铁电薄膜微桥在红外辐射作用下的力学响应和薄膜内的力、热、电输出信号,并对结果作了分析比较。     

功能梯度压电材料板的有限元解

本文利用变分原理和功能梯度压电材料的本构关系、几何关系、板的边界条件等,推导出功能梯度板的有限元方程。其中考虑了横向剪切变形的影响,采用了板变形问题的Mindlin假设,板内电势设为声：Ф=ψ0（x,y）＋ψ1（x,y）z＋ψ2（x,y）z^2＋ψ1（x,y）g（z）,并假设材料的力学和电学常数均沿板厚度z方向按同一函数规律K=K^0f（z）变化,其中f（z）为任意的函数形式。为了验证本文方法的正确性,以功能梯度压电材料正方形板为例,使板所受的机械荷载和电荷载以及函数f（z）的形式与参考文献中所给出的相同,利用本文中提出有限元法计算了功能梯度板的电势和位移,所得结果与参考文献中的几乎一致。最后用此法计算四边简支,接地,线性梯度的PZT-4正方形板受均布荷载作用下的挠度和电势分布。     

有限厚压电层表面金属电极脱层的屈曲研究

基于弹性有限变形理论和压电弹性体偏场理论,对上、下表面有金属电极的压电材料板内存在穿透脱层的屈曲问题进行了分析.采用平面应变模型,远处作用有均匀压应变载荷.用Fourier积分变换,界面连续条件和上、下电极表面的边界条件将问题归为第二类Cauchy型奇异积分方程组.利用Gauss-Chebyshev积分公式将该方程组变为一齐次线性代数方程组,以确定脱层屈曲载荷.算例给出了中间层为PZT-4,上、下电极为Pt的结构在不同脱层长厚比时的临界应变及相应屈曲形状.同时分析了压电层的机电耦合效应对临界应变的影响.     

压电体表面金属电极脱层的屈曲分析

基于弹性有限变形理论和电弹性体偏场理论,对半无限压电体及其表面电极层间存在穿透脱层的屈曲问题进行了分析. 采用平面应变模型,在脱层远处作用有平行于脱层的应变载荷. 使用Fourier积分变换,应用脱层界面的连续条件和电极表面的边界条件将问题归为第2类Cauchy型奇异积分方程组. 利用Gauss-Chebyshev积分公式将奇异积分方程组变为齐次线性代数方程组,以确定临界应变载荷. 通过数值算例,给出了底层为PZT-4材料、电极为金属Pt在不同的脱层长厚比时的临界应变载荷和屈曲形状,分析了压电体的压电、介电效应对屈曲载荷的影响. 另外给出了脱层屈曲时,脱层尖端奇异性振荡因子随不同脱层长厚比的关系曲线.      

面内功能梯度矩形板的近似理论与解答

提出了面内功能梯度矩形板在竖向载荷作用下的近似 理论与解析解. 假设材料常数在面内x轴方向按指数规 律变化.引入了板理论的Reissner-Mindlin假设, 并考虑了板中面上的剪切变形的影响.推导了板在平行于y轴的两边简支, 平行于x轴方向的两边简支或固支情况下中性层法线转角和挠度用Fourier级数表示的解.讨论了退化为Kirchhoff假设下经典薄板理论的解的情况.提供了经典薄板理论在和Reissner-Mindlin假设下的算例并与三维有限元的计算结果进行了比较, 说明了该方法在厚板情况下也是相当精确的.