磁电弹性材料层状结构中Rayleigh波

【摘要】：在固体半空间表面存在的一种沿表面传播,能量集中于表面附近的弹性波,即声表面波,又称为表面声波(Surface Acoustic Wave-SAW)。1885年,英国物理学家J.W.瑞利提出,在各向同性均匀固体表面存在声表面波,又称其为瑞利波(Rayleigh波)。 声表面波技术在雷达、通信和电子对抗中有着重要而广泛的应用。其性能与覆盖层和基体材料的性质、厚度、电极形式等因素密切相关。因此,针对新型的磁电弹性材料,揭示上述因素与声表面波的定量关系,考察磁电弹性层状结构中频散关系和材料常数对声波传播特性的影响,对开发高性能声波器件具有重要意义。本文以线性磁电弹性理论、固体中的弹性波理论为基础,主要研究了磁电层状结构中Rayleigh表面波的传播特性。 (1)研究了半无限大磁电弹性介质中Rayleigh波的传播。依据线性磁电弹性理论,利用半无限大结构表面的应力自由边界条件和电学磁学开路与短路边界条件,求解耦合波方程,讨论了压磁系数对表面波传播性能的影响。 (2)研究了压磁层状结构中Rayleigh表面波的传播。依据线性压磁弹性理论、层状结构表面的应力自由边界条件和磁学开路与短路边界条件以及界面的连续条件,求解得到了磁学开路和短路情况下的相速度方程,讨论了压磁常数对波传播性能的影响。 (3)研究了磁电弹性覆盖层/弹性基体结构中Rayleigh表面波的传播。依据线性磁电弹性理论、磁电材料层状结构表面的应力自由边界条件和电学磁学开路与短路边界条件以及界面的连续条件,求解得到了电学磁学开路和短路情况下的相速度方程,详细讨论了压磁常数对波传播性能的影响。 (4)研究了压磁覆盖层/压电基体结构中Rayleigh表面波的传播。依据线性磁电弹性理论,磁电材料层状结构表面的应力自由边界条件和电学磁学开路和短路条件以及界面连续条件,得到了电学磁学开路和短路的情况下表面波传播的相速度方程,讨论了不同的磁电材料常数对表面波相速度和机电耦合系数的影响。 (5)研究了具有粘性流体的压磁薄膜/压电基体层状结构中Love表面波的传播。依据线性磁电弹性理论,得到磁电弹性介质中Love波传播的耦合波方程,利用压磁覆盖层和压电基体间的连续条件和层状结构表面应力、电学磁学边界条件,得到了磁电层状结构中Love波的频散方程,进而计算并讨论了流体粘性对衰减特性和相速度的影响。