Исследование методик определения констант поляризованной пьезокерамики
Автор: Мадорский Виктор Вениаминович, Митько Виктор Николаевич
Журнал: Advanced Engineering Research (Rostov-on-Don) @vestnik-donstu
Рубрика: Математические и естественные науки
Статья в выпуске: 2 (77) т.14, 2014 года.
Бесплатный доступ
С помощью программы ANSYS проведены исследования амплитудно-частотных характеристик пьезокерамических элементов в форме тонкой пластины и стержня. Измерены резонансные и антирезонансные частоты первых двух радиальных мод диска, толщиной моды тонкой пластины и продольной моды длинного стержня прямоугольного поперечного сечения. Численные результаты сравниваются с известными методами определения упругих S ij, пьезоэлектрических d ij и диэлектрических ε ij констант пьезоэлектрических материалов. Предложена и экспериментально обоснована усовершенствованная методика определения константы S E13 на одном образце только из радиальных колебаний диска. Метод основан на соотношениях между упругими константами пьезокерамики и дисперсией продольных волн. Исследованы границы применения нового метода. По сравнению с известными способами предложенная методика упрощает процедуру измерения и позволяет определить упругую константу с повышенной точностью. Разработана принципиально новая методика измерения резонансных и антирезонансных частот пьезоэлементов с потерями для определения полного набора материальных констант идеальных элементов без потерь согласно российским отраслевым стандартам и стандартам Института радиоинженеров (США) для пьезоэлектрических кристаллов.
Пьезоэлектрическая керамика, определение констант, метод резонанса - антирезонанса, потери, метод конечных элементов, программа ansys, метод возмущений
Короткий адрес: https://sciup.org/14250068
IDR: 14250068 | УДК: 621.38:519.8 | DOI: 10.12737/4469
Investigating constant determination techniques of polarized piezoceramics
Amplitude-frequency characteristics of the piezoceramic elements in the forms of a thin plate and a rod are studied through ANSYS program. Resonance and antiresonance frequencies of the first two disk radial modes, the thickness mode of the thin plate, and the axial mode of the rectangular cross-section long rod are measured. The numerical results are compared to the known determination techniques of the elastic S ij, piezoelectric d ij, and dielectric ε ij constants of the piezoelectric materials. The improved procedure for determining elasticity constant S E13 on one specimen of only radial disk oscillations is suggested and substantiated. The method is based upon the relationships between the elastic constants of piezoceramics and the dispersion of longitudinal waves. The new method usage domain is studied. As compared to the known techniques, the proposed method facilitates the measure procedure and allows determining the elastic constant with the extended precision. A fundamentally new technique of measuring resonant and antiresonant frequencies of piezoelements with losses is developed for defining a full range of material constants of ideal elements without losses according to the Russian branch standards and the Institute of Radio Engineers (USA) standards for piezoelectric crystals.
Список литературы Исследование методик определения констант поляризованной пьезокерамики
- ANSYS. Theory Reference Release 8.0/Edited by P. Kohnke. -Houston: ANSYS Inc, 2003. -292 p.
- ОСТ 11.0444-87. Материалы пьезокерамические. Технические условия/Государственный фонд стандартов и технических условий. -Москва, 1987. -141 с.
- Definition of constants for piezoceramic materials/V. A. Akopyan [et al.]. -New York: Nova Science Publisher, 2010. -205 p.
- IRE standards on piezoelectric crystals, measurements of piezoelectric ceramic//Proceedings of the IRE. -1961. -V. 49 -P. 1162.
- Wang, H. Determination of full set material constants of piezoceramics from phase velocities/H. Wang, W. Cao//Journal of Applied Physics. -2002. -V. 92, № 8. -Pp. 4578-4583.
- Ding, H. The fundamental solutions for transversely isotropic piezoelectricity and boundary element method/H. Ding, J. Liang//Computers and Structures. -1999. V. 71. -Pp. 445-455.
- Бессонов, Л. А. Теоретические основы электротехники/Л. А. Бессонов. -Москва: Высшая школа, 2003. -496 с.
- Tiersten, H. F. Linear piezoelectric plate vibration/H. F. Tiersten. -New York: Plenum press, 1969. -211 p.
- Holland, R. Design of resonant piezoelectric devices/R. Holland, E. Eernisse. -Cambridge: MIT Press, 1969. -257 p.
- Наседкин, А. В. Моделирование эффективных модулей для различных типов пористых пьезокерамических материалов/А. В. Наседкин, М. С. Шевцова//Вестник Дон. гос. техн. ун-та. -2013. -№ 3-4 (72-73). -С. 16-26.
- О поляризации и определении эффективных характеристик пористой пьезокерамики/Г. Д. Вернигора [и др.]//Вестник Дон. гос. техн. ун-та. -2011. -Т. 11, № 4. -С. 462-469.
