柔性基体上压电薄膜屈曲变形的研究

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1、摘要附于弹性软基体上的压电薄膜(如PZT等)在基体释放的预应变或受到薄膜内力的作用下会发生失稳屈曲。利用这一特性，压电薄膜附于弹性软基体的结构可广泛应用于智能系统，如柔性电子器件、微纳米机电系统和一些先进的医疗工程技术等。因此，研究附于弹性软基体上的压电薄膜屈曲变形行为具有重大的现实意义。本文应用广义势能的变分原理，推导得到了压电薄膜和压电薄膜／弹性软基体层合结构的力．电耦合控制方程及边界条件。利用扰动理论和静力平衡法，研究了附于弹性软基体上的压电薄膜的局部屈曲行为，并考察了压电效应、基体和薄膜厚度比、基体和薄膜弹性系数比、基体和支座的边界条件等

2、参数对屈曲行为的影响。利用最小电焓(能量)原理，推导得到了压电薄膜／弹性软基体层合结构整体屈曲所需的临界应变值，并研究了局部屈曲和整体屈曲的转化关系及临界条件。最后，利用最小电焓(能量)原理，推导得到了附于弹性软基体上的压电薄膜连接器屈曲所需的临界应变值，并给出了防止压电薄膜强度破坏的基体预应变的取值范围。结果显示：压电效应可以增加系统刚性，提高系统的稳定性；基体和薄膜厚度比、基体和薄膜弹性系数比、基体和支座的边界条件等对压电薄膜的局部屈曲有着重要的影响；随着基体厚度的增加，附于弹性软基体上的压电薄膜会由整体屈曲转化为局部屈曲。·一二．关键词。压

3、电薄膜；局部屈曲；整体屈曲；临界应变AbstractAbst腿ctThepiezoelec仃icthin丘lIIlsonelaSticcomphnt妯Stmtesmaybuc妣，whenmesdbsn钲esreleaSemepre—s晌ormefm【1smeIIlSelVesarcSubjectedt0membralleforce．Basedon也ischaracteris6c，t11e蚰rLlcturesofpiezoelec廿icmiIl仙monelaSticsof【subs仃a_tesc锄谢delyusedillir此mgentsySteI

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