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压电和磁电弹性介质层状结构中SH表面波的传播

金小英  
【摘要】: 声表面波是一种能量集中在弹性体表面附近的波,其性能与覆盖层和基底材料的性质、相对厚度、加工成型时客观存在的初应力以及电极形式等因素密切相关。因此,揭示上述因素与声表面波的定量关系,考察压电和磁电弹性层状结构中初始应力对声波传播特性的影响,对提高器件的性能具有重要意义。本文以线性压电弹性理论、电磁学以及固体中的弹性波为基础,主要研究了压电和磁电弹性介质中SH表面波的传播特性。 (1)研究了具有初应力的压电圆柱层状结构中SH表面波的传播。基于线性压电弹性理论,利用压电层表面的应力自由边界条件和电学开路与短路边界条件,求解SH波的耦合波方程,研究了压电覆盖层中初始应力对波传播性能的影响。主要针对覆盖层为压电陶瓷材料PZT? 5H,基体为铝金属的圆柱层状结构,分析了初始应力对相速度和机电耦合系数等的作用。 (2)研究了磁电弹性介质层状结构中SH表面波的传播特性。基于线性磁电弹性理论、层状结构表面的电学磁学开路和短路边界条件以及界面的连续条件,得到了电学开路和短路情况下的频散方程,进而对相速度、群速度、磁机电耦合系数、电势和磁势的分布进行了详细的计算和讨论。 (3)进一步研究了具有初应力的磁电弹性层状结构中SH表面波的传播规律。基于线性磁电弹性理论,将磁电弹性介质中传播的耦合波方程简化为一个Helmholtz方程和两个Laplace方程,利用压磁覆盖层和压电基体间的连续条件和结构表面的边界条件,得到了考虑初始应力的波传播的频散关系,进而分析初应力对速度、群速度、电磁机电耦合系数、电势以及磁势的影响。 (4)研究了具有初应力的压电层状结构中间隙波的传播。通过求解耦合场方程,得到了压电多层结构中间隙波的相速度、位移和电势函数的解,讨论了初应力对间隙波相速度的影响。


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