鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛單晶層狀復(fù)合介質(zhì)中彈性波傳播特性研究.pdf

1、新型弛豫型鐵電單晶鈮鎂酸鉛-鈦酸鉛(PMN-PT)的壓電性能遠遠優(yōu)于傳統(tǒng)壓電陶瓷，在醫(yī)學超聲、水下聲納、微波通訊和新興智能材料系統(tǒng)與結(jié)構(gòu)等領(lǐng)域顯示出廣闊的應(yīng)用前景。與傳統(tǒng)的壓電陶瓷不同，PMN-PT單晶的宏觀對稱性與晶體的極化方向密切相關(guān)，彈性波在其結(jié)構(gòu)中的傳播會出現(xiàn)一些特殊的物理力學現(xiàn)象，因此本文將對PMN-PT單晶/彈性層狀復(fù)合材料或結(jié)構(gòu)中的波動問題進行研究，主要內(nèi)容有:
　　(1) SH波在PMN-PT/彈性雙材料界面上的反

2、射和透射.考慮PMN-PT單晶不同的切割角度，分析反射、透射系數(shù)以及能量分配系數(shù)隨入射角的變化。結(jié)果表明:電學邊界條件和PMN-PT的切割角度對SH波和電聲波(EA波)的反射、透射系數(shù)以及能量分配規(guī)律有很大影響。
　　(2) QP波和QSV波在PMN-PT/彈性雙材料界面上的反射和透射.考慮PMN-PT不同的極化方向，分析各散射體波的反射、透射系數(shù)以及能量分配系數(shù)隨入射角的變化規(guī)律。結(jié)果表明:當PMN-PT單晶沿[001]c極化時

3、，準橫波(QSV波)從PMN-PT介質(zhì)入射時在界面上會發(fā)生橫波分裂現(xiàn)象，并且PMN-PT單晶的不同極化方向會產(chǎn)生不同的反射、透射波場。
　　(3) PMN-PT/彈性基底結(jié)構(gòu)中SH波的傳播，研究邊界條件、單晶切割角度以及基底厚度對頻散性能和機電耦合系數(shù)的影響。結(jié)果表明:電學開路條件下，SH波相速度隨著無量綱波數(shù)增大趨向于PMN-PT單晶在相應(yīng)切割角度下的極限波速;電學短路條件下，SH波1階模態(tài)的相速度趨向于PMN-PT單晶在相應(yīng)切

4、割角度下的B-G表面波波速，而高階模態(tài)則趨于極限波速。當波數(shù)較小時，PMN-PT層與彈性基底的厚度比對SH波的頻散特性影響較大，隨波數(shù)增大，厚度比對頻散特性的影響逐漸消失;彈性基底材料性能決定著復(fù)合結(jié)構(gòu)中SH波的起始速度，晶體的切割角度決定著SH波的漸近速度。
　　(4) PMN-PT/彈性層狀結(jié)構(gòu)中平面波的傳播.包括層狀半空間結(jié)構(gòu)中的Rayleigh型表面波和雙材料板中的Lamb波。揭示電學邊界條件、PMN-PT單晶的極化方向、

5、層厚比以及彈性介質(zhì)的材料性能對平面波傳播的影響。對于層狀半空間結(jié)構(gòu)，半空間的材料性能決定著Rayleigh波的起始速度，PMN-PT單晶不同的極化方向可獲得不同的漸近速度。對于雙材料板結(jié)構(gòu)，PMN-PT層和彈性層的厚度比越小，Lamb波傳播的越快;Lamb波在雙材料板中傳播時存在一個高速偽表面波，且彈性層的體剪切波波速越大，高速偽表面波的速度越大，相應(yīng)的截止頻率也越大。
　　(5) PMN-PT/彈性周期層狀結(jié)構(gòu)中彈性波的傳播和局