铁电体域变换的微结构模型的机电耦合计算[外文翻译].rar

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铁电体域变换的微结构模型的机电耦合计算

文章摘要：1999年，铁电体加载有机械负载通过一个电场的滑行过程被以西博等人的非线性组织结构模型为基础的微结构有限元仿真。实验结果为域变化的转变过程明显展示了强压力加强了滑行方向的校正程度。作为一个肉眼可见的结论，在现代研究中，这附加的压缩应力极大改善了机电耦合效果。这种耦合系数的增加超过了10%。

1引论
压电材料广泛被应用在发电机和电动机械的转换机构中。大体上，它被认为高效压电转换装置要求较大的机电耦合系数。大量的压电陶瓷通常源自铁电体上穿过电极的压电效应。在极化程序中，一施加的电场在最初任意的导向铁电经过铁电极化后产生了优先的定位方向。一个两极化的产生，而且反过来使得压电材料的压电效应变得更强（琼斯 等 2008）。传统上讲，没有施加任何机械负荷，铁电陶瓷仅仅通过纯粹电场滑行。然而，阮兹艾尔、夸格艾尔以及琼斯艾尔做了一些在锆酸盐和钛酸盐中关于区域转换的电磁极化实验研究。他们通过施加撗截于滑行电场中的机械负荷来补偿应用电场发现更强的压电效应。
现代工作的动力机械将是研究在加有电子负荷和机械负荷下滑行的铁电体域改变及在受机电耦合效应影响的铁电体同时受到机械负荷的影响。为模拟铁电多晶体的区域变化，对一个三倍等级的铁电体微细结构进行有限元分析的方法被提出。也即是，多晶陶瓷由粒状结构排列组成。每一个粒状结构被再细分为小区域，在那里每个小区域是拥有相同电偶极方向的单位晶胞的集合（Kamlah 等人，2005，Pathak 和McMeeking，2008）基于非线性结构的亥博法则，有限元模型被开发出来，模型的每个结合点用一个拥有四个区域变体的粒状结构来表示而且每个有限元是一个有代表性的包含有九个任意方位的粒状结构的体积元素。有限元离散化理论成功的解释了因为在细粒边界线上非匹配拉力作用而产生的残余应力的作用效果。系统总能量的减少标准量相等与甚至更大于被用来决定这分开的微晶变化结果的能量损耗。区域分解壁被改变部分水晶变体的微结构模拟出来。引起残余应力和两极化的积极性改变和一般机电耦合特性的变化。作为一个数学例子。一个典型的四角形 BaTi0 模型被用来微结构有限元分析。总结结论为撗截于应用滑行电场压缩负载对局部转换的变换过程有相当大的影响，对机电耦合特性较大增强。