层状压电半空间中的螺位错

研究了层状压电半空间中的螺位错与界面的相互作用,应用傅立叶变换的方法,推导了压电层和基体的弹性场和电场,并在此基础上给出了像力的表达式,分析了几何尺寸和材料的相对刚度对像力和界面应力的影响.结果表明:压电效应的存在可以改变位错与界面的相互作用机理;弹性常数的差异对界面应力有较大的影响.     

层合结构压电器件的机电耦合效应

压电传感器和致动器都可以看成是一种复合材料层合板结构，由压电材料层和非压电(弹性)材料层交替铺设而成。对于这类任意铺设的层合板悬臂梁结构，我们推导出了表示力学变形与外加电场之间耦合效应的解析表达式。进而，又推导出了两类(一类为单层压电-弹性层，另一类为双层压电-弹性层)层合型悬臂梁结构机电耦合性能的解析公式。在该机电耦合模型中，包括了两个压电常数d211和d222。此外，还建立了含压电材料的有限元算式，进行了实验测量。最后，通过比较解析解(包括考虑了d222参数的理论值和没有考虑d222参数的理论值)，实验值以及有限元计算结果，发现它们吻合得很好，而且考虑d222是十分必要的。     

考虑表面效应纳米压电双晶中波的频散分析

基于非局部应变梯度理论探究了考虑表面弹性和表面残余应力的纳米压电双晶中波的频散特性,压电双晶的上下压电层暴露在电场之中并且整体沉积在粘弹性基底之上.利用哈密顿原理和正弦剪切理论推导了控制方程,利用含非局部参数和长度尺度参数的尺度依赖本构关系得到了运动方程,带入谐波解求解相应的特征方程.数值揭示了表面弹性和表面残余应力、尺度参数和波数以及粘弹性基底对压电双晶的作用规律.研究表明,表面效应的存在对压电纳米双晶频率特性的研究至关重要,尺度参数和波数对频散特性具有耦合作用,弹性系数、阻尼系数和压电层厚度对频率的作用表现出区域性.     

压电多层材料中的电极-陶瓷界面裂纹和椭圆夹杂

首先解析研究了压电多层材料中的电极-陶瓷界面裂纹,它是对Ru最近研究工作（见ASMB J·APPI.Mech.,2000年,67卷）的补充和完善.工作表明与 Ru的结论不同,对于一般的两相压电介质,仍可获得对于这种电极-陶瓷界面裂纹的精确解答.分析显示在界面处的电弹性场仍可显现出两类奇异性:振荡型奇异性一1/2土iε。和实指数型奇异性一1/2士 k,其中ε和k 由上下两相压电材料的本构常数加以确定.获得了界面电弹性场以及裂尖处能量释放率的显式和实形式解答.也讨论了在坐标变换下界面上物理量的一些不变性质.其次探讨了压电多层材料中的椭圆夹杂问题,并获得了当压电复合系统受到远场均布机电载荷时的通解.分析表明当压电基体受到远场均布机电载荷作用时,应力场和电场在压电夹杂体上仍然均匀分布井且整个夹杂体都为等电势体     

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。     

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.     

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.      

二维各向异性弹性力学的Stroh公式及其推广

Stroh公式是解决各向异性弹性体二维变形的强有力的工具。该公式形式上简洁优美、应用上方便有力。它的推广形式也日益在混合边值问题、压电材料、非对称弯曲板、三维各向异性弹性体、稳态运动、多自由度系统振动等方面得到广泛应用。本文简要介绍Stroh公式及其推广形式的研究状况与进展。     

具有压电材料弹性环形板的屈曲

对在不同位置粘有任意多对压电片的弹性环形板在电压和径向压力作用下的轴对称屈曲进行了研究．根据压电效应的等效作用量，初参数法以及传递矩阵方法得到了环板屈曲的特征方程．对不同位置及不同宽度的压电片，计算了结构的屈曲载荷．并得到了稳定性边界曲线．     

一维六方压电准晶三角形孔边裂纹反平面问题

通过引入合适的数值保角映射,利用Stroh型公式研究一维六方压电准晶中正三角形孔边裂纹的反平面问题,给出在电非渗透边界条件下三角形孔边裂纹尖端的场强度因子和能量释放率。通过数值算例,讨论场强度因子和能量释放率随缺陷几何尺寸和力电荷载的变化规律。结果表明:随孔边裂纹长度的增加,场强度因子先急剧增加后减小,并趋于定值1,正三角形孔洞的尺寸对其影响可忽略不计;声子场和相位子场机械载荷总是促进裂纹扩展,而电位移对裂纹的扩展极大地依赖于声子场和相位子场载荷的大小。     

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波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.     

PROPAGATION OF SURFACE ACOUSTIC WAVES IN PRESTRESSED ANISOTROPIC LAYERED PIEZOELECTRIC STRUCTURES

The propagation of surface acoustic waves in layered piezoelectric structures withinitial stresses is investigated.The phase velocity equations are obtained for electrically free andshorted cases,respectively.Effects of the initial stresses on the phase velocity and the electrome-chanical coupling coefficient for the fundamental mode of the layered piezoelectric structures arediscussed.Numerical results for the c-axis oriented fihn of LiNbO_3 on a sapphire substrate aregiven.It is found that the fractional change in phase velocity is a linear function with the ini-tial stresses,and the electromechanical coupling factor increases with an increase of the absolutevalues of the compressive initial stresses.The results are useful for the design of surface acousticwave devices.     

PROPAGATION BEHAVIORS OF SHEAR HORIZONTAL WAVES IN PIEZOELECTRIC-PIEZOMAGNETIC PERIODICALLY LAYERED STRUCTURES

This paper investigates shear horizontal （SH） waves propagating in a periodically layered structure that consists of piezoelectric （PE） layers perfectly bonded with piezomagnetic （PM） layers alternately. The explicit dispersion relations are derived for the two cases when the propagation directions of SH waves are normal to the interface and parallel to the interface, respectively. The asymptotic expressions for dispersion relations are also given when the wave number is extremely small. Numerical results for stop band effect and phase velocity are presented for a periodic system of alternating BaTiO3 and Terfenol-D layers. The influence of volume fraction on stop band effect and dispersion behaviors is discussed and revealed.     

转动压电陶瓷体表面声波的存在性及波速特征关系

对转动半无限压电陶瓷体的表面声波给出了存在性证明及其条件。结果表明：对应于不转动时的Rayleigh表面声波与Bleustein-Gulyaev表面声波在转动情形是否仍为表面波有赖于压电体的材料参数;如果转动时表面声波存在,则这些表面声波是色散的。最后,以PZT-5H压电陶瓷材料为例定量给出了波速-转动角速度的特征曲线。     

PROPAGATION OF LOVE WAVES IN PRESTRESSED PIEZOELECTRIC LAYERED STRUCTURES LOADED WITH VISCOUS LIQUID

We investigate analytically the effect of initial stress in piezoelectric layered structures loaded with viscous liquid on the dispersive and attenuated characteristics of Love waves, which involves a thin piezoelectric layer bonded perfectly to an unbounded elastic substrate. The effects of initial stress in the piezoelectric layer and the viscous coefficient of the liquid on the phase velocity of Love waves are analyzed. Numerical results are presented and discussed. The analytical method and the results can be useful for the design of chemical and biosensing liquid sensors.     

梯度半空间梯度覆层中的Love波

对功能梯度弹性半空间上覆盖一层功能梯度材料中的Love波的频散问题进行了研究,给出 了Love波频散方程的一般形式. 对功能梯度弹性半空间和功能梯度覆层的反平面剪切波的运 动控制方程进行了求解,给出了半空间和覆盖层的位移、应力解析解,给出了Love波在该解析 解下的频散方程. 以覆盖层的剪切弹性模量和质量密度均呈指数函数变化,半空间的剪切弹 性模量和质量密度均呈抛物线变化为例,利用迭代方法对频散方程进行了求解,给出了频散 曲线. 结果显示：在最低阶振型频散曲线中出现截止频率.     

EFFECT OF SURFACE ENERGY ON DISLOCATION-INDUCED FIELD IN HALF-SPACE WITH APPLICATION TO THIN FILM-SUBSTRATE SYSTEMS

In this work the elastic field of an edge dislocation in a half-space with the effect of surface energy has been obtained. The elastic field is then used to study the image force on the dislocation, the critical thickness for dislocation generation in epitaxial thin films with strain mismatch and the yielding strength of thin films on substrates. The results show that the image forces on the dislocation deviate from the conventional solutions when the distance of the dislocation from the free surface is smaller than several times of the characteristic length. Also due to the effect of surface energy, the critical thickness for dislocation generation is smaller than that predicted by the conventional elastic solutions and the extent of the deviation depends on the magnitude of mismatch strain. In contrast, the effect of surface energy on the yielding strength for many practical thin films can be neglected except for some soft ones where the characteristic length is comparable to the thickness.     

SHEAR-HORIZONTAL WAVES IN A ROTATED Y-CUT QUARTZ PLATE WITH AN ISOTROPIC ELASTIC LAYER OF FINITE THICKNESS

We study shear-horizontal (SH) waves in a rotated Y-cut quartz plate carrying an isotropic elastic layer of finite thickness.The three-dimensional theories of anisotropic elasticity and isotropic elast...