《物性效应模型》PPT课件

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1、一、物性效应和规律的能量属性分类传感器，执行器统称变换器，依赖某种物性效应或规律。输入或输出或输入信号{能量，信息}输出信号包含电和非电量之间变换，相同工作原理的变换器、可逆性第四讲物性效应模型能量属性分类系统建模中功率变量分类：刚性平动，刚体转动，流体运动，电，磁，热前三类：机械能，作用于敏感材料上——应力，应变形式作用三种机械能之间：机械结构作用，活塞，力臂物性效应和规律：不同能量域之间信息，能量变换的根据物性效应：物理效应，化学效应，生物效应等研究：认识，发现，使用，物性效应二、三种能量之间的物性效应模型1925年，HechmamnG提出机械能，电能，热能之间的耦合

2、关系。三种能量之间的物性效应模型三角形外层顶点：示强变量（自变量），势变量，称集中变量，约束变量，强度变量，广义力三角形内层顶点：示容变量（因变量），称广延变量，响应变量，示容变量，广义位移。内外三角形对应顶点连线：主效应各顶点之间的连线：交叉效应固体物理，晶体物理中广泛应用：物体受外界作用时呈现多种响应。定量表达形式（物性效应本构方程）：任一参量是其余五个参数的函数三种能量之间的物性效应模型物性效应模型简化：突出主效应，确定物理条件和边界条件。如：绝热（等温等熵）时，机电效应模型变成TSDE梯型。四个参数中任一参数是其他三个量的函数。物性效应模型若设定边界条件，本构方程

3、中一个因变量只有两个自变量相对应。物性效应模型电学量：E，D一阶张量机械量：T，S二阶张量（6阶矢量）:短路，开路柔顺矩阵（6x6）:自由，夹持介电常数矩阵（3x3）：短路，开路刚度常数矩阵（6x6）：自由，夹持介电隔离率矩阵（3x3）：压电应变常数矩阵（3x6）：逆压电常数矩阵（6x3）物性效应模型e：压电应力常数矩阵g：压电电压常数矩阵h：压电刚度常数矩阵即：不同边界条件下，无论主效应还是交叉效应的常数矩阵不同（相对差值一般在数量级，如主效应的柔顺系数s，刚度系数c，介电常数,电隔离率）物性效应模型一般情况：将物理条件，边界条件限定在单一物性效应状态下，一个因变量对应

4、一个自变量取一级近似，在平衡态附近用Taylor展开一阶项压电效应：物性效应模型三种能量之间物性效应模型的另一形式：Thurston模型，1994去掉热学量，增加光学量（）光作为电磁能的一部分简化事实上：光在物质相互作用主要起作用的是光量子的能量三、四种能量间的物性效应新模型大连理工，加入磁学量，构成四种能量间的变换耦合模型四种能量间的物性效应新模型晶体力学能量矢量方程：G：可做功的吉布斯自由能；U：物质内能；热能；TS：机械能；ED：电能；HB：磁能四种能量间的物性效应新模型应用该热力学方程可推导出：机（压）电效应方程，电磁，磁热，热弹效应方程双重正方形外侧4个顶点：示

5、强变量（势变量，约束变量，自变量，强度变量，广义力）内正方形4个顶点：示容变量（示量变量，响应变量，因变量，广义位移）四种能量间的物性效应新模型内外顶点之间：同一能量系统参数间的关系，称主效应。热力学主效应：熵，—热容量力学主效应：，—柔顺系数电学主效应：，—介电常数，极化率张量磁学主效应：，—磁导率外层各顶点之间即各参量之间的耦合关系为交叉效应，包括正效应及逆效应，共6种：压电效应；热电效应；热弹效应；电磁效应；热磁效应；机磁效应(表2-1)四种能量间的物性效应新模型其边界条件：自变量与因变量唯一，其它一切与之耦合的参量视为常量或零。一次近似，Taylor展开：四种能量

6、间的物性效应新模型：压磁常数矩阵；：压电系数矩阵；：热磁常数矩阵；：热电系数矩阵；：磁介电常数矩阵；：热膨胀矩阵；对角线：主效应其它：交叉效应系数，对称分布，非独立，存在联系。1）逆压电效应系数在数值上等于压电效应系数2）热膨胀系数在数值上等于压热效应3）热释电系数系数等于电热效应4）电磁效应与磁电效应系数相等其它，热磁与磁热，压磁与磁致伸缩也互逆。四、六种能量间物性效应新模型大连理工引入光学与声学量：示强变量（广义力）示容变量（广义位移）示强变量：对角线相互正交的正方形顶点（）示容变量：两正方形交线上盒式结构：6种主效应，126种交叉效应（12节点，12x11-6）六种

7、能量间物性效应模型仅取，则为Heckmamn模型；仅取，则为Thurston模型；仅取，则为4种能量间物性模型；1）晶体六种能量关系式晶体热力学中，吉布斯自由能光能，为光能（光子能量）的示强变量，为光能示容变量；声能，为有效声压（广义力，示强变量），为质量有效速度（示容变量，广义位移）；则物质内能：势函数的共轭参量，自变量为广义位移时，前取正，为广义力时，前取负。2）晶体物性效应的通用表达式主效应：同一能量系统之间的物性关系；共轭参量：构成主效应的两个参量，积为势函数，比为物性参数；交叉效应：不同能量系统之间的物性关系；通过物