收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

PZT/PLZT微梁尺度相关力学行为的研究

陈明  
【摘要】:在微机电系统(MEMS)中,当构件的尺寸达到微米、亚微米量级,将出现尺寸效应,此时构件的力学行为用宏观的连续介质理论不能够准确解释。本文运用修正偶应力理论结合经典的欧拉-伯努利梁理论和层合梁理论,分析了均质、非均质PZT双晶片,均质、非均质0-1极化PLZT双晶片,0-3极化PLZT单晶片、非均质双晶片的力学行为;推导了绑定0-1极化PLZT驱动器的欧拉-伯努利梁的控制方程;分析了上述这些微米级梁结构的尺寸效应。论文的主要工作和成果如下:(1)结合修正偶应力理论和经典的欧拉-伯努利梁理论,推导了微米级欧拉-伯努利梁的本构方程;结合修正偶应力理论和经典的层合梁理论,利用哈密顿变分原理,推导了微米级层合梁的运动控制方程。(2)均质、非均质PZT双晶片是两种经典类型的驱动器。当这两种驱动器的特征尺寸达到微米量级,在外部载荷、电场作用下产生的力学行为,将明显具有尺寸效应。考虑力-电耦合效应,根据修正偶应力理论,建立了微米悬臂结构的均质、非均质PZT双晶片的力学模型,推导了两种结构在外载荷和电场作用下的本构方程;根据本构方程,给出了归一化端挠度、归一化滞阻力和归一化等效弯矩具体表达式,分析了这三个物理量随尺寸参数变化和不同基体弹性层材料变化的规律;同时,分析了弹性基体层厚度对均质、非均质PZT双晶片驱动器力学行为尺寸效应的影响。进一步,推导了微米级悬臂结构的均质、非均质PZT双晶片自由振动微分方程,给出固有频率表达式;对微米级均质、非均质PZT双晶片驱动器归一化固有频率在不同弹性基体层材料、尺寸参数的变化规律进行了分析。(3)0-1极化PLZT陶瓷在光照作用下,内部产生力-热-光-电多场耦合现象,本文分析了不同光强照射下,0-1极化PLZT光致电场、温度场的变化规律。基于修正偶应力理论,建立0-1极化PLZT均质、非均质双晶片力学模型;考虑力-热-光-电多场耦合效应,推导了在外载荷和光照共同作用下,输入物理量与输出物理量对应的本构方程。对比分析两种结构在不同基体层厚度时,归一化端挠度和归一化固有频率随尺寸参数的变化规律;对比分析两种结构,在同一尺寸参数下,归一化端挠度、归一化滞阻力和归一化固有频率随基体层厚度增加的变化规律。(4)不同于0-1极化PLZT情况,0-3极化PLZT的极化方向与光照方向相同,垂直于光照方向的光致变形量随照射深度增加而减小。因此,0-3极化的PLZT陶瓷在光照后能够自行弯曲,0-3极化PLZT陶瓷可制作成单晶片和非均质双晶片,单晶片仅包含一个0-3极化PLZT层;非均质双晶片结构由一个0-3极化的PLZT层加一个基体弹性层组成。本文分析了0-3极化PLZT陶瓷中,光致电场强度和光致电压随PLZT层厚度的变化情况;推导了考虑力-热-光-电多场耦合作用下,0-3极化PLZT单晶片和非均质双晶片的本构方程;对比分析了在不同基体材料、不同基体弹性层厚度下,两种结构的归一化端挠度、归一化固有频率随尺寸参数的变化情况。根据2、3、4中推导结果,由PZT、0-1/0-3极化PLZT组装的智能驱动器的本构方程就像个黑匣子,能够避免中间复杂的能量耦合和计算过程,直接给出外加载荷或电场、光照下,对应的输出物理量。(5)结合修正偶应力理论和经典的欧拉-伯努利梁理论,推导了绑定0-1极化PLZT光致驱动器的微米级欧拉-伯努利梁的控制方程;给出悬臂结构、简支结构、一端固支一端铰支结构和两端固支结构,四种边界条件下梁挠曲线方程的解析解;对比分析了考虑驱动器刚度和不考虑驱动器刚度下,梁最大挠度的变化情况。结果显示,忽略驱动器刚度会影响计算结果的准确性。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前19条
1 陈晟;刘友志;;基于ANSYS的PLZT圆柱状水听器分析[J];计算机仿真;2009年01期
2 范素华,龚红宇;高d_(33)PLZT压电陶瓷的制备及性能研究[J];现代技术陶瓷;1997年04期
3 ;Modeling of surface-electroded electrooptic PLZT shutter[J];Chinese Journal of Lasers;1994年05期
4 周济;;PLZT薄膜光电器件[J];发光快报;1987年01期
5 祝炳和,赵梅瑜,姚尧,郑鑫森,敖海宽,殷之文;PLZT陶瓷的晶界现象[J];电子元件与材料;1999年05期
6 黄家瀚;张崇;王骥;王新杰;;多场耦合下PLZT陶瓷光致电场效应及其应用[J];传感技术学报;2018年06期
7 曾阳;王烈林;谢华;王文文;胡登超;冯志强;;PLZT纳米陶瓷粉末的合成及表征[J];功能材料;2018年07期
8 周青春,徐荣青,王茂祥;PLZT铁电薄膜反转特性分析[J];华东船舶工业学院学报(自然科学版);2002年05期
9 侯识华,宋世庚,马远新,郑毓峰;铅过量PLZT铁电薄膜的制备及其电学性质研究[J];材料科学与工程;2001年03期
10 李坤,李金华,李锦春,陈王丽华;PLZT陶瓷纤维/环氧树脂1-3复合材料的制备和性能研究[J];无机材料学报;2004年02期
11 ;PREPARATION OF PLZT FILMS FROM METALLO-ORGANIC PRECURSORS[J];真空科学与技术;1992年Z1期
12 梁磊;王少萍;曹锋;;基于ANSYS的压电陶瓷PLZT特性仿真分析[J];北京航空航天大学学报;2008年07期
13 英宏,修稚萌,李锦红,刘中雪,J.Yeomans,孙旭东;化学法制备PLZT纳米粉工艺[J];中国有色金属学报;1998年S2期
14 樊社民,何家文,姚熹;弛豫型铁电体PLZT中的畴转变[J];无机材料学报;1990年01期
15 李小燕;余运龙;张炜龙;;稀土掺杂PLZT透明陶瓷的研究进展[J];人工晶体学报;2016年06期
16 董作人;叶青;瞿荣辉;方祖捷;;Characteristics of a PLZT electro-optical deflector[J];Chinese Optics Letters;2007年09期
17 彭青松,江莞,王刚,李敬锋;机械合金化制备PLZT(5/54/46)陶瓷[J];无机材料学报;2004年05期
18 刘芸;许恒生;武明堂;姚熹;;气相扩散法实现对PLZT陶瓷的表面改性[J];功能材料;1992年05期
19 李秋俊,朱德瑞,莫党,许煜寰,J.D.Mackenzie;PLZT铁电薄膜与透明陶瓷的椭偏光谱研究[J];功能材料;1999年02期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 程达明;李敬锋;张海龙;金松哲;;机械合金化合成PLZT粉末过程研究[A];第十三届全国高技术陶瓷学术年会摘要集[C];2004年
2 叶飞;黄学良;;基于新型光电材料PLZT的光电机结构设计和应用研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(1)[C];2007年
3 何新华;熊茂仁;张庆秋;;添加物对PLZT陶瓷的降温和改性作用[A];94'全国结构陶瓷、功能陶瓷、金属/陶瓷封接学术会议论文集[C];1994年
4 侯识华;宋世庚;郑应智;马远新;郑毓峰;;掺锰PLZT铁电薄膜的制备及其电学性质研究[A];第四届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];2001年
5 李奥波;马骏;;基于PLZT陶瓷片光照调谐光纤光栅延迟线[A];第十七届全国光学测试学术交流会摘要集[C];2018年
6 张勇;殷庆瑞;;镧含量对PLZT陶瓷材料结构及性能的影响[A];第五届中国功能材料及其应用学术会议论文集Ⅲ[C];2004年
7 余大书;焦永恒;宿杰;;PLZT(7/40/60)纳米多层膜介电特性研究[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(2)[C];2007年
8 赵文宽;方佑龄;;过氧化合物法PLZT纳米粉体的制备和表征[A];第一届全国纳米技术与应用学术会议论文集[C];2000年
9 朱仁强;朱孔军;裘进浩;季宏丽;;共沉淀辅助水热合成球壳结构的PLZT纳米颗粒[A];第六届海峡两岸超微颗粒学术研讨会论文集[C];2009年
10 罗民;曹传宝;汪浩;朱鹤荪;;溶胶-凝胶法制备(PLZT)铁电薄膜及掺杂对介电性能的影响[A];第三届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1998年
中国博士学位论文全文数据库 前8条
1 陈明;PZT/PLZT微梁尺度相关力学行为的研究[D];南京航空航天大学;2017年
2 张飒;PLZT铁电陶瓷畴变的原位Raman光谱观测[D];厦门大学;2006年
3 厉宝增;关于光电陶瓷PLZT稀土掺杂的发光特性研究及其电光特性的应用[D];中国科学技术大学;2007年
4 黄家瀚;0-1极化PLZT陶瓷光致特性及光控微镜驱动基础研究[D];南京理工大学;2016年
5 徐彩霞;光子弱局域化对PLZT光致发光以及随机激光的调制[D];哈尔滨工业大学;2017年
6 陈志武;电疲劳过程中PLZT铁电陶瓷畴变的原位观测及电疲劳机理研究[D];厦门大学;2003年
7 王新杰;PLZT光致伸缩特性及光电层合回转薄壳主动控制的研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
8 郑克玉;两种铁电材料的超微粉及细晶陶瓷的制备与性能研究[D];华中科技大学;2009年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 郭有文;PLZT陶瓷的制备及其掺杂改性研究[D];哈尔滨工业大学;2018年
2 宋飞飞;PLZT电控光散射陶瓷微结构调控及性能研究[D];上海师范大学;2018年
3 王念;PLZT的粉末合成及其微波烧结工艺研究[D];武汉理工大学;2002年
4 吴烨;钕掺杂PLZT电光陶瓷光学性能及光学放大机制的研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
5 程达明;PLZT光致伸缩陶瓷的制备及其性能与组分关系研究[D];清华大学;2005年
6 唐章东;PLZT铁电电光薄膜制备工艺研究[D];电子科技大学;2006年
7 何聚;PLZT纳米陶瓷制备及掺杂改性研究[D];天津师范大学;2006年
8 任小漩;掺稀土PLZT陶瓷发光特性及其与陷阱分布关系的研究[D];哈尔滨工业大学;2017年
9 聂雷涛;热压烧结PLZT透明电控光散射陶瓷的各向异性研究[D];上海应用技术大学;2017年
10 梁帆;P(VDF-TrFE)/PLZT复合材料制备与性能研究[D];西安理工大学;2017年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978