Влияние Начальных Механических, Электростатических и Температурных Воздействий на Свойства Пиропьезоэлектриков Гексагональной Сингонии

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Работа направлена на исследование влияния начальных механических, температурных и электростатических воздействий на изменение деформированного состояния и физических свойств термоэлектроупругих материалов, относящихся в естественном состоянии к материалам класса симметрии 6mm гексагональной сингонии. Предполагается, что наведенное в материале начально-деформированное состояние однородно, начальные тепловые воздействия не превышают температуры фазовых переходов, начальное электростатическое поле задано вектором напряженности. Исследование основано на использовании линеаризованных определяющих соотношений, уравнений движения термоэлектроупругих сред, уравнений электростатики и уравнений распространения тепла, полученных в рамках теории наложения малых деформаций на конечные. Приведены матричные представления тензоров упругих и пьезоэлектрических модулей преднапряженного материала, наглядно иллюстрирующие влияние начальных как механических и тепловых, так и электростатических воздействий на свойства пиропьезоэлектрического материала. На примере CdSe исследовано раздельное и совместное влияние вида и величины начальных напряжений, электрических и тепловых воздействий на характер наводимых деформаций и трансформацию свойств материала. Определены виды механических воздействий, приводящих к максимальным значениям электрической индукции. Показано влияние характера тепловых воздействий в отсутствие начальных механических напряжений на величину и направленность вектора электрической индукции. Выявлены закономерности влияния начального электростатического поля большой напряженности на упругие и пьезоэлектрические свойства материала. Результаты оформлены в виде графиков и могут представлять определенный интерес при разработке, проектировании и оптимизации пиропьезоэлектрических материалов, используемых при создании микро- и наноразмерных приборов и устройств.

Об авторах

Т. И Белянкова

Федеральный Исследовательский Центр Южный Научный Центр Российской Академии Наук

Email: tbelen415@mail.ru
Ростов-на-Дону, Российская Федерация

В. В Калинчук

Федеральный Исследовательский Центр Южный Научный Центр Российской Академии Наук

Ростов-на-Дону, Российская Федерация

Л. В Ломакина

Федеральный Исследовательский Центр Южный Научный Центр Российской Академии Наук

Ростов-на-Дону, Российская Федерация

Список литературы

  1. Mindlin R.D. 1961. On the equations of motion of piezoelectric crystals. In: Problems of Continuum Mechanics: Contributions in Honor of the Seventieth Birthday of Academician N.I. Muskhelishvili, Philadelphia, SIAM: 282–290.
  2. Nowacki W. 1965. A reciprocity theorem for coupled mechanical and thermoelectric fields in piezoelectric crystals. Proceedings of Vibration Problems. 6(1): 3‒15.
  3. Tiersten H.F. 1971. On the nonlinear equations of thermo-electroelasticity. International Journal of Engineering Sciences. 9(7): 587‒604. doi: 10.1016/0020-7225(71)90062-0
  4. Chandrasekharaiah D.S. 1984. A temperature-rate-dependent theory of thermopiezoelectricity. Journal of Thermal Stresses. 7(3‒4): 293–306. doi: 10.1080/01495738408942213
  5. Chandrasekharaiah D.S. 1988. A generalized linear thermoelasticity theory for piezoelectric media. Acta Mechanica. 71(1‒4): 39–49. doi: 10.1007/BF01173936
  6. Sharma M.D. 2010. Propagation of inhomogeneous waves in anisotropic piezo-thermoelastic media. Acta Mechanica. 215(1‒4): 307–318. doi: 10.1007/s00707-010-0336-3
  7. Biswas S. 2020. Surface waves in piezothermoelastic transversely isotropic layer lying over piezothermoelastic transversely isotropic half-space. Acta Mechanica. 232(2): 373–387. doi: 10.1007/s00707-020-02848-8
  8. Kuang Z.-B., Yuan X.-G. 2011. Reflection and transmission of waves in pyroelectric and piezoelectric materials. Journal of Sound and Vibration. 330(6): 1111‒1120. doi: 10.1016/j.jsv.2010.09.026
  9. Singh P., Singh A.K., Paswan B., Chattopadhyay A. 2023. Mathematical study on reflection and transmission of plane waves in a rotating piezo-thermo-elastic composite structure. Mechanics of Advanced Materials and Structures. 30(14): 2941‒2952. doi: 10.1080/15376494.2022.2066232
  10. Бабешко В.А., Ратнер С.В., Сыромятников П.В. 2007. О смешанных задачах для термоэлектроупругих сред с разрывными граничными условиями. Доклады Академии наук. 412(6): 753‒758.
  11. Othmani Сh., Khelfa T. 2023. Effect of graded pre-stress on the propagation of guided waves in functionally graded piezoelectric–piezomagnetic materials. Mechanics Research Communications. 127: 104037. doi: 10.1016/j.mechrescom.2022.104037
  12. Kumar D., Kundu S. 2023. Effect of initial stresses on the surface wave propagation in highly anisotropic piezoelectric composite media. Waves in Random and Complex Media. doi: 10.1080/17455030.2022.2164093
  13. Guha S., Singh A.K. 2020. Effects of initial stresses on reflection phenomenon of plane waves at the free surface of a rotating piezothermoelastic fiber-reinforced composite half-space. International Journal of Mechanical Sciences. 181: 105766. doi: 10.1016/j.ijmecsci.2020.105766
  14. Гузь А.Н., Махорт Ф.Г. 1971. Об описании влияния конечных деформаций на скорости распространения упругих волн. Доклады Академии наук СССР. 198(2): 316–318.
  15. Гринфельд М.А., Мовчан А.А. 1975. Влияние предварительного деформирования на распространение упругих волн. Известия Академии наук СССР. Серия физика Земли. 8: 29‒35.
  16. Калинчук В.В., Белянкова Т.И., Евдокимова О.В. 2006. Определяющие соотношения динамики преднапряженной пьезоактивной среды в отсутствие внешних электрических полей. Вестник Южного научного центра. 2(1): 16‒23. doi: 10.23885/1813-4289-2006-2-1-16-23
  17. Белянкова Т.И., Калинчук В.В. 2020. О влиянии электростатического поля на ПАВ в предварительно напряженных сегнетоэлектрических гетероструктурах. Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 6: 101‒110. doi: 10.31857/S0572329920050037
  18. Белянкова Т.И., Калинчук В.В. 2017. К моделированию преднапряженного термоэлектроупругого полупространства с покрытием. Известия Российской академии наук. Механика твердого тела. 1: 117‒135.
  19. Белянкова Т.И., Калинчук В.В., Ломакина Л.В. Расчет однородного начально-деформированного состояния термоэлектроупругих материалов класса 6mm, наведенного за счет механических, электрических и температурных воздействий. Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ. Номер свидетельства: RU 2022612390. Патентное ведомство: Россия. Номер заявки 2022610277, дата регистрации 11.01.2022, дата публикации: 28.02.2022.
  20. Най Дж. 1967. Физические свойства кристаллов и их описание при помощи тензоров и матриц. М., Мир: 385 с.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Издательство «Наука», 2023