置于粘弹性地基上压电板弯曲的力电行为
作者单位：湖北省武汉市洪山区珞瑜路1037号华中科技大学力学系 工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室
会议名称：《2010全国压电和声波理论及器件技术研讨会》
会议日期：2010年
学科分类：080801[工学-电机与电器] 0808[工学-电气工程] 08[工学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 080502[工学-材料学]
基 金：国家自然科学基金(No.10972083) 国家自然科学基金重点项目(No.10932004)的资助
关 键 词：压电 粘弹性 力电行为 薄板弯曲 蠕变 PVDF
摘 要：采用状态空间法和傅里叶级数,本文给出了置于粘弹性地基上压电板弯曲问题的解析解,重点考虑了部分电极表面上作用分布的或集中的机电荷载的情况,研究了压电板弯曲时力电行为与各种结构和材料参数之间的关系。研究发现:在机械作用占主导的载荷条件下,粘弹性地基上压电板的力电行为类似于弹性板弯曲蠕变行为;而在电压作用占主导的载荷条件下,压电板的力电行为可归类为电松弛而且电致变形并非简单弯曲变形形式。研究还发现载荷在部分电极的分布情况对压电板的行为有重要影响:一方面,随部分电极板面积的增大压电板的挠度也非线性增大;另一方面,在电极覆盖面的附近存在应力集中和电场集中的现象,尤其在点电荷或集中力作用下电极与压电板交界面处的应力与电场集中十分严重,而高粘性的弹性地基有助于减缓这些局部效应。最后,文中还研究了板的力电行为与板的长高比关系,结果表明:随着板的长高比增加,板中力电场随时间的变化越显著;对于板长高比大于6以上的压电薄板,无论载荷情况板中力电场沿厚度的变化基本都呈线性变化,而对于压电厚板,力电场沿厚度的变化呈现非线性变化,尤其因粘弹性地基的作用增强了这种非线性,即在考虑粘弹性地基上压电板动力响应时简单的层间弯曲变形(layer-wise)或低阶剪切板假设已经不能成立。