Моделирование эффективных модулей для различных типов пористых пьезокерамических материалов
Аннотация
Методами моделирования представительных объёмов, эффективных модулей и конечных элементов определяется полный набор материальных констант пористых пьезокерамических материалов с учётом гипотезы о неоднородной поляризации в окрестности пор. Для численного определения эффективных модулей в конечно-элементном пакете ANSYS решаются наборы статических пьезоэлектрических задач для представительных объёмов с граничными условиями, обеспечивающими постоянные значения полей деформаций, напряжений, электрического поля и электрической индукции однородного тела. Расчёты проводятся с помощью специально разработанных компьютерных программ, написанных на макроязыке APDL ANSYS. Исследуется влияние количества ячеек и различных моделей представительных объёмов на значения важнейших эффективных модулей для ряда типов пористой пьезокерамики. Обсуждается корреляция результатов вычислительных и натурных экспериментов. Показано, что характер зависимостей эффективных модулей от пористости слабо зависит от типа пористых пьезоэлектрических материалов.
Об авторах
Андрей Викторович Наседкин
Донской государственный технический университет, Россия.
Россия
Россия
Мария Сергеевна Шевцова
Южного научного центра РАН.
Россия
Россия
Список литературы
1. Данцигер, А. Я. Многокомпонентные системы сегнетоэлектрических сложных оксидов: физика, кристаллохимия, технология. Аспекты дизайна пьезоэлектрических материалов / А. Я. Данцигер [и др.] // Ростов-на-Дону : Изд-во Рост. гос. ун-та, 2002. — Т. 2. — 365 с.
2. Лопатин, С. С. Свойства пористой пьезоэлектрической керамики типа цирконататитаната свинца / С. С. Лопатин, Т. Г. Лупейко // Известия АН СССР. Серия неорганические материалы. — 1991. — Т. 27. — № 9. — С. 1948–1951.
3. Getman, I. Theoretical and experimental investigation of the porous PZT ceramics / I. Get¬man, S. Lopatin // Ferroelectrics. — 1996. — V. 186. — P. 301–304.
4. Ситало, Е. И. Электроупругие свойства высокопористой сегнетокерамики / Е. И. Ситало [и др.] // Пьезотехника-2005 : материалы межд. научно-практич. конф. «Фунд. пробл. функционального материаловедения, пьезоэлектрич. приборостроения и нанотехнологий». — Ростов на Дону : Изд-во РГУ, 2005. — С. 204–206.
5. Сегалла, А. Г. Изготовление и исследование ряда пористых пьезокерамических материалов связности 3–0/ А. Г. Сегалла [и др.] // Пьезотехника-2005 : материалы межд. научно-практич. конф. «Фунд. пробл. функционального материаловедения, пьезоэлектрич. приборостроения и нанотехнологий». — Ростов-на-Дону : Изд-во РГУ, 2005. — С. 220–223.
6. Li, J. F. Fabrication and evaluation of porous piezoelectric ceramics and porosity-graded pie-zoelectric actuators / J. F. Li [et al.] // J. Am. Ceram. Soc. — 2003. — V. 86. — P. 1094–1098.
7. Nasedkin, A. V. Improved finite element approaches for modeling of porous piezocomposite materials with different connectivity / A. V. Nasedkin, M. S. Shevtsova // Ferroelectrics and Supercon-ductors : Properties and Applications. Ed. I. A. Parinov. New-York : Nova Science Publishers. — 2011. — Ch. 7. — P. 231–254.
8. Хорошун, Л. Н. Прогнозирование эффективных свойств пьезоактивных композитных ма-териалов / Л. Н. Хорошун, Б. П. Маслов, П. В. Лещенко. — Киев : Наукова думка, 1989. — 347 с.
9. Nasedkin, A. Different approaches to finite element modelling of effective moduli of porous piezoceramics with 3-3 (3-0) connectivity / A. Nasedkin [et al.] // Proc. 2005 IEEE Ultrason. Symp., Rot-terdam, Sept. 18–21, 2005. — P. 1648–1651.
10. Witten, T. A. Diffusion-limited aggregation, a kinetic critical phenomenon / T. A. Witten, L. M. Sander // Phys. Rev. Lett. — 1981. — V. 47. — P. 1400–1403.
11. Domashenkina, T. V. Finite element modeling of porous piezocomposite materials with different connectivity and applications for analysis of ultrasonic transducers/ T. V Domashenkina [et al.] // Proc. 7th GRACM Int. Congr. Comput. Mech. [Электронный ресурс], Athens, Greece, June 30 — July 2, 2011. — 1 электрон. опт. диск (CD).
12. Вернигора, Г. Д. О поляризации и определении эффективных характеристик пористой пьезокерамики / Г. Д. Вернигора, [и др.] // Вестник Дон. гос. техн. ун-та. — 2011. — Т. 11. — № 4 (55). — С. 462–469.
Для цитирования:
Наседкин А.В., Шевцова М.С. Моделирование эффективных модулей для различных типов пористых пьезокерамических материалов. Вестник Донского государственного технического университета . 2013;13(3-4):16-26.
For citation:
Nasedkin A.V., Shevtsova M.S. EFFECTIVE MODULI SIMULATION FOR VARIOUS TYPES OF POROUS PIEZOCERAMIC MATERIALS. Vestnik of Don State Technical University . 2013;13(3-4):16-26. (In Russ.)
Просмотров: 219
Послать статью по эл. почте 