多孔压电驻极体薄膜材料的动态力电行为研究

A systematic study will be conducted to explore the dynamical electromechanical behavior of cellular piezoelectret films. The effective dynamical electromechanical properties and the wave characteristic of cellular piezoelectret films will be investigated, with the focus on the dependence on the void microstructrural parameters, charge density as well as material parameters. Efforts will be put on theoretical modeling and numerical simulation for the analysis of dynamical electromechanical behavior of cellular piezoelectret film. Experiments will also be designed and carried out on typical cellular piezoelectret films for the data of dynamical electromechanical properties. The research findings are expected to deepen the understanding of the dynamical electromechanical behavior of cellular piezoelectret films. This project will not only improve the performance of cellular piezoelectret materials and enhance the reliability of cellular piezoelectret materials in electromechanical sensors, but also further increase the application potential of cellular piezoelectret materials in high technology area.

系统研究多孔压电驻极体薄膜材料的动态力电行为，建立多孔压电驻极体薄膜材料的动态有效力电性质和波动特性与孔洞微结构参数、极化电荷和材料参数之间的关系；发展多孔压电驻极体薄膜材料动态力电行为分析的理论建模和数值模拟方法；获得典型多孔压电驻极体薄膜材料动态力电行为的实验数据。本项目的研究将深化理解多孔压电驻极体薄膜材料的力电行为。研究成果对于充分发挥柔性多孔压电驻极体材料的潜力，提升多孔压电驻极体材料在高技术机电传感器应用中的可靠性，既具有重要的应用价值也有着重要的基础研究意义

多孔压电驻极体是带有分布电荷的孔洞聚合物材料，是一种新型的压电材料。多孔压电驻极体材料的宏观压电性与内部孔洞微结构的构型和分布密切相关。本项目将多孔压电驻极体材料看成含周期孔洞微结构的复合材料，采用渐近均匀化理论求解宏观等效系数，基于变密度法和拓扑优化方法，利用ANSYS的APDL参数化设计语言编制基于有限元分析的优化程序，给出最优的孔洞微结构拓扑，获得最大压电系数。.在本项目的支持下，研究了含非完整界面的多相压电复合材料的三维静态有效性质。推导了含弹簧型非完整界面的非均匀压电体的虚功原理和变分原理，利用变分原理推导了含椭球夹杂的多相压电复合材料有效性质的上下界限；分析了材料的体积分数、界面性质、夹杂的长细比以及取向对复合材料的整体性质的影响。在压电复合材料的动态有效性质方面，我们首先考虑弹簧和薄膜型非完整界面，推导了无限大压电体含单个柱形夹杂的压电复合体的动态格林函数。利用波函数展开法和广义自洽法，对含弹簧和薄膜型非完整界面的两相1-3型纤维增强压电复合材料的动态有效性质（有效波速）进行了研究，分析了两种非完整界面下，波数（频率）、界面参数和纤维尺寸对动态有效性质的影响；在压电/压磁复合材料及结构的界面裂纹问题中，我们研究了周期Yoffe型的界面运动裂纹问题，获得了关联材料失配、层厚比和裂纹运动速度的无量纲参数，从而可以讨论裂纹运动速度、界面材料失配对界面裂纹应力强度因子的影响；考虑裂纹尖端同时存在条带状力屈服和电屈服区，获得了半无限压电双材料含Yoffe型界面运动裂纹的裂纹运动速度对断裂参数的影响。.本项目所获得的一系列创新性成果，不仅给出了基于多孔压电驻极体材料有效压电性质的一种优化模型，为多孔压电驻极体材料的孔洞微结构优化设计提供了一种优化方法；而且给出了含弱界面的压电复合材料的静、动态有效性质的分析，这些分析对于理解压电复合材料的界面问题具有参考意义。