壓電復(fù)合結(jié)構(gòu)中彈性波傳播特性分析及其在高性能聲波器件中的應(yīng)用研究.pdf

1、聲表面波器件、薄膜體聲波諧振器、壓電變壓器、石英晶體微天平以及質(zhì)量傳感器等電子器件在聲學(xué)、無損檢測(cè)、航空航天、電子通訊、醫(yī)學(xué)器械、主動(dòng)控制等眾多領(lǐng)域中應(yīng)用廣泛。本文從彈性力學(xué)的基本方程入手，借助于MATLAB計(jì)算軟件，從電子器件實(shí)際工程應(yīng)用的角度出發(fā)，針對(duì)這些器件在使用過程中經(jīng)常遇到的結(jié)構(gòu)之間的弱連接、材料的非均勻分布以及變截面等問題開展了理論分析和數(shù)值研究。
　　首先，以剪切-遲滯模型為基礎(chǔ)，通過引入弱界面的電學(xué)非理想?yún)?shù)、阻尼

2、系數(shù)等方式，詳細(xì)討論了含非理想界面的壓電層合結(jié)構(gòu)中B-G波的傳播、電學(xué)邊界條件的非理想性對(duì)壓電平板中厚度-扭轉(zhuǎn)波的影響、電激勵(lì)作用下壓電器件中的粘彈性弱界面以及由非理想界面激發(fā)出的高頻波等四個(gè)基本問題。理論分析和數(shù)值計(jì)算的結(jié)果表明，非理想界面顯著影響器件的工作性能，主要體現(xiàn)在：非理想界面可以改變聲表面波器件中B-G波的存在條件；相對(duì)于力學(xué)特性而言，界面的電學(xué)非理想邊界條件對(duì)波傳播特性影響很小，可以忽略；界面的剛度系數(shù)與共振頻率直接相關(guān)，

3、進(jìn)而影響輸出幅值或輸出電壓與輸入電壓的比值、輸入導(dǎo)納、能流密度等性能指標(biāo)，而阻尼系數(shù)對(duì)共振頻率幾乎沒有影響，但會(huì)顯著干擾器件的能量轉(zhuǎn)換效率；非理想界面的出現(xiàn)可以激發(fā)出新的厚度-扭轉(zhuǎn)波或厚度-剪切波，這是在界面理想情況下沒有出現(xiàn)的新現(xiàn)象。
　　其次，應(yīng)用波函數(shù)展開法和冪級(jí)數(shù)展開法分別討論了功能梯度壓電壓磁半空間中的B-G波和材料參數(shù)沿長(zhǎng)度方向變化時(shí)板中的厚度-扭轉(zhuǎn)波。材料的非均勻分布可以從本質(zhì)上改變波的傳播特性，具體表現(xiàn)為：當(dāng)功能梯

4、度壓電壓磁材料的各參數(shù)以同一指數(shù)規(guī)律變化時(shí)，在其表面?zhèn)鞑サ腂-G波是頻散波；如果壓電損傷導(dǎo)致了材料參數(shù)沿板長(zhǎng)度方向分布不均，那么某些頻率范圍內(nèi)的厚度-扭轉(zhuǎn)波將呈現(xiàn)出能陷現(xiàn)象，能量主要集中在壓電板的某個(gè)區(qū)域。這些現(xiàn)象也是當(dāng)材料均勻分布時(shí)沒有出現(xiàn)過的。
　　最后，利用Tiersten HF的近似方程和傅里葉級(jí)數(shù)，通過改變諧振器的橫截面、石英晶體微天平中附加質(zhì)量層的厚度等手段，最終達(dá)到了激發(fā)能陷的目的。附加質(zhì)量層的慣性對(duì)振動(dòng)頻率起主導(dǎo)作