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压电圆柱层状结构中的SH波传播

金小英  杜建科  王骥  
【摘要】:基于线性压电弹性理论,分析具有初始应力的压电圆柱层状结构中的SH波传播特性。通过变换,使耦合波的控制方程简化为贝塞尔方程和拉普拉斯方程,利用位移、剪应力、电势和电位移在压电层与基体的界面上连续条件以及压电层表面的电学开路和电学短路边界条件,研究了压电覆盖层中初始应力对SH波的影响。针对覆盖层为压电陶瓷材料PZT-5H,基体为Al金属,给出了随初应力变化的频散曲线,群速度曲线,机电耦合系数曲线,将初始应力对相速度和机电耦合系数等力学性能的影响作了详细地讨论。我们发现,初始应力对压电层状结构中SH波的传播有很大的影响。随着初应力幅值的增加,波速减少;随着初应力的增加,群速度减少;初应力绝对值109Pa前,随着初应力的增加,机电耦合系数增加不明显,当初应力增加到109Pa以后,机电耦合系数增加显著;机电耦合系数随波数的增加而增加。由于机电耦合系数是衡量声表面波器件的主要标志之一,因而当制作高机电耦合系数性能的声表面波器件时,可以通过选择施加恰当的预压应力来达到预期效果。结果显示,压电层厚度与基体层厚度的比值对SH波的波速也有重要影响。波速随着压电厚度与基体层厚度比值增大而减小。

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