压电陶瓷本征机械性能的计算与分析.pdfVIP

摘要

随着电子和材料产业的发展，压电陶瓷已经成为了不可或缺的重要材料，

并且在诸多领域都有所应用。对于压电陶瓷来说，其压电性能的好坏直接影响

着材料的实用性。分离压电陶瓷的本征贡献与非本征贡献，对于理解这两种贡

献对压电陶瓷性能的影响具有重要意义。本文从电畴取向分布的角度对压电陶

瓷本征贡献进行了分析，并且计算了压电陶瓷极化后的本征机械性能，主要工

作内容如下：

1.本文通过Reuss假设和取向概率密度函数(PDFO:ProbabilityDensity

FunctionofOrientation)计算出了饱和、不饱和极化后压电陶瓷的弹性柔顺系数

和自发应变的解析解。通过将饱和极化压电陶瓷弹性柔顺系数解析解与已发表

的理论计算结果进行对比，展示了PDFO模型相较于前人使用的模型的优越性。

除此之外，还基于Reuss假设计算了压电陶瓷杨氏模量、剪切模量和泊松比的

解析解。

2.本文通过Voigt假设和PDFO计算出了饱和、不饱和极化情况下压电陶

瓷弹性刚度系数的解析解，并且基于Voigt假设计算了压电陶瓷杨氏模量、剪

切模量和泊松比的解析解。

3.本文通过钛酸钡(BaTiO)单畴单晶材料的弹性柔顺系数和弹性刚度系数，

3

基于Reuss、Voigt假设和Hill方法计算出了BaTiO压电陶瓷不饱和极化情况下

3

的弹性柔顺系数、杨氏模量、剪切模量和泊松比的理论值，并且与实际数值进

行对比分析。除此之外，还基于Reuss假设对BaTiO3压电陶瓷的机电耦合系数

进行了理论计算并与实际结果进行对比分析。

关键词：压电陶瓷，取向概率密度函数，弹性系数，自发应变，杨氏模量，

剪切模量，泊松比

ABSTRACT

Withthedevelopmentofelectronicsandmaterialsindustry,piezoelectric

ceramicshavebecometheindispensableandimportantmaterials,andhavebeen

appliedinmanyfields.Forpiezoelectricceramics,thepiezoelectricpropertiesdirectly

affectthepracticabilityofmaterials.Theseparationofintrinsicandextrinsic

contributionsofpiezoelectricceramicsisofgreatsignificancetounderstandtheir

effectsonthepropertiesofpiezoelectricceramics.Inthispaper,theintrinsic

contributionisanalyzedthroughthedomainorientationdistributionofpiezoelectric

ceramics,andtheintrinsicmechanicalpropertiesofpolarizedpiezoelectricceramics

arecalculated.Themainworkisasfollows:

1.Inthispaper,theanalyticalresultsofelasticcompliancecoefficientsand

spontaneousstrainsofpiezoelectricceramicsunderthesaturatedandunsa