ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2023. №6
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.6.4
УДК: 681.586.773; 53.043
ЭЛЕКТРОУПРУГИЕ СВОЙСТВА НАЧАЛЬНО-НАПРЯЖЕННОЙ ПЬЕЗОКЕРАМИКИ PZT-4 С ОДНОНАПРАВЛЕННЫМИ ТУННЕЛЬНЫМИ ПОРАМИ
А.А. Паньков
Пермский национальный исследовательский политехнический университет,
614990, Пермь, Комсомольский пр-кт, д. 29
Статья поступила в редакцию 27 марта 2023 г.
Аннотация. Представлены результаты прогнозирования и численный анализ влияния на эффективные трансверсально-изотропные электроупругие свойства пористой пьезокерамики PZT-4 с однонаправленными цилиндрическими (туннельными) порами значений ее начального осесимметричного напряженного состояния. Выявлены эффективные константы: модули Юнга и сдвига, коэффициент Пуассона в трансверсальной плоскости изотропии и «продольно-поперечный» пьезомодуль пористой керамики, на которые наиболее существенно, в сравнении с другими практически «инвариантными» константами, влияют характер и значения ее начального деформирования. Установлено, что «трансверсальная» гидростатическая начальная деформация пористой керамики более существенно влияет на эффективные константы пористой керамики, чем такие же значения «продольной» осевой начальной деформации.
Ключевые слова: пьезоэлектрический эффект, пористая пьезокерамика, электроупругие свойства, начальное напряженное состояние, механика композитов, краевая задача электроупругости, численное моделирование.
Финансирование: Результаты получены при выполнении государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации на выполнение фундаментальных научных исследований (проект № FSNM-2023-0006).
Автор для переписки: Паньков Андрей Анатольевич, a_a_pankov@mail.ru
Литература
1. Tzou H.S. Piezoelectric shells (Distributed sensing and control of continua). Kluwer Academic Publishers. 1993. 320 p
2. Rubio W.M., Vatanabe S.L., Paulino G.H., Silva E.C.N. Functionally graded piezoelectric material systems - a multiphysics perspective. In book Advanced computational materials modeling: from classical to multi-scale techniques. Edited by Miguel Vaz J´unior, Eduardo A. de Souza Neto, Pablo A. Munoz-Rojas. Weinheim, WILEY-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA. 2011. 414 p. P.301-339. http://dx.doi.org/10.1002/9783527632312
3. Ebrahimi F. Piezoelectric materials and devices-practice and applications. 2013. 176 p. http://dx.doi.org/10.5772/45936
4. Уорден К. Новые интеллектуальные материалы и конструкции. Свойства и применение. Москва, Техносфера. 2006. 224 с.
5. Берлинкур Д., Керран Д., Жаффе Г. Пьезоэлектрические и пьезомагнитные материалы и их применение в преобразователях. Физическая акустика. Т.1. Методы и приборы ультразвуковых исследований. Часть А. Москва, Мир. 1966. С. 204-326.
6. Kolpakov A.G. Effect of influation of initial stresses on the homogenized characteristics of composite. Mechanics of materials. 2005. V.37. №8. P.840-854. https://doi.org/10.1016/j.mechmat.2004.08.002
7. Каралюнас Р.И. Эффективные термопьезоэлектрические свойства слоистых композитов. Механика композитных материалов. 1990. №5. С.823-830.
8. Гетман И.П. О магнитоэлектрическом эффекте в пьезокомпозитах. ДАН СССР. 1991. Т.317. №2. С.1246-1259.
9. Коган Л.З., Мольков В.А. Магнитоэлектрические свойства волокнистых пьезокомпозитов. Изв. РАН. Механика твердого тела. 1996. №5. С.62-68.
10. Gorbachev V.I. Integral formulas in electromagnetic elasticity of heterogeneous bodies. application in the mechanics of composite materials. Composites: Mechanics, Computations, Applications. An International J. 2017. V.8. №2. P.147-170. https://doi.org/10.1615/CompMechComputApplIntJ.v8.i2.40
11. Baсидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности. Москва, Мир. 1987. 542 с.
12. Гузь А.Н. Об определении приведенных упругих постоянных композитных слоистых материалов с начальными напряжениями. Доклады АН УССР. Сер. А. 1975. №3. С.216-219.
13. Гузь А.Н. Упругие волны в телах с начальными напряжениями. В 2-х т. Т.2. Закономерности распространения. Киев, Наукова думка. 1986. 536 с.
14. Алехин В.В., Аннин Б.Д., Колпаков А.Г. Синтез слоистых материалов и конструкций. Новосибирск, изд-во: Ин-т гидродинамики СО АН СССР. 1988. 128 c.
15. Akbarov S.D., Guliev M.S. Axisymmetric longitudinal wave propagation in a finite prestretched compound circular cylinder made of incompressible materials. International Applied Mechanics. 2009. V.45. №10. P.1141-1151. https://doi.org/10.1007/s10778-010-0255-y
16. Akbarov S.D. Recent investigations on dynamic problems for an elastic body with initial (residual) stresses. International Applied Mechanics. 2007. V.43. №12. P.1305-1324. https://doi.org/10.1007/s10778-008-0003-8
17. Гулиев М.С., Сейфулаев А.И., Абдуллаева Д.Н. Исследование распространения упругих волн в составном цилиндре с начальным кручением. Строительная механика инженерных конструкций и сооружений. 2018. №5. С.404-413. https://doi.org/10.22363/1815-5235-2018-14-5-404-413
18. Белянкова Т.И., Калинчук В.В. Свойства преднапряженных изотропных материалов при учете упругих модулей высших порядков. Наука Юга России. 2017. №2. С.3-12. https://doi.org/10.23885/2500-0640-2017-13-2-3-12
19. Nedin R.D., Dudarev V.V., Vatulyan A.O. Vibrations of inhomogeneous piezoelectric bodies in conditions of residual stress-strain state. Applied Mathematical Modelling. 2018. V.63. P.219-242. https://doi.org/10.1016/j.apm.2018.06.038
20. Vatulyan A.O., Dudarev V.V., Mnukhin R.M. Determination of the inhomogeneous preliminary stress-strain state in a piezoelectric disk. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2018. V.59. №3. P.542-550. https://doi.org/10.1134/S0021894418030197
21. Dasdemir A. Forced vibrations of pre-stressed sandwich plate-strip with elastic layers and piezoelectric core. International Applied Mechanics. 2018. V.54. №4. P.480-493. https://doi.org/10.1007/s10778-018-0901-3
22. Guo X., Wei P. Dispersion relations of elastic waves in one-dimensional piezoelectric/piezomagnetic phononic crystal with initial stresses. Ultrasonics. 2016. V.66. P.72-85. https://doi.org/10.1016/j.ultras.2015.11.008
23. Pan’kov A.A. Effect of initial stress state on effective properties of piezocomposite. Mechanics of Composite Materials. 2022. V.58. №5. P.733-746. https://doi.org/10.1007/s11029-022-10063-w
24. Паньков А.А. Коэффициенты электромагнитной связи композита с пьезоактивными фазами. Физическая мезомеханика. 2011. Т.14. №2. С.93-99.
25. Шеpмеpгоp Т.Д. Теоpия упpугости микpонеодноpодных сpед. Москва, Наука. 1976. 399 с.
Для цитирования:
Паньков А.А. Электроупругие свойства начально-напряженной пьезокерамики PZT-4 с однонаправленными туннельными порами. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2023. №6. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2023.6.4