基于ANSYS的含缺陷压电陶瓷材料有限元仿真分析.pdf

《基于ANSYS的含缺陷压电陶瓷材料有限元仿真分析.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第４２卷第５期福州大学学报（自然科学版）Ｖｏｌ．４２Ｎｏ．５２０１４年１０月ＪｏｕｒｎａｌｏｆＦｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（ＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＥｄｉｔｉｏｎ）Ｏｃｔ．２０１４ＤＯＩ：１０．７６３１／ｉｓｓｎ．１０００－２２４３．２０１４．０５．０７７１文章编号：１０００－２２４３（２０１４）０５－０７７１－０６基于ＡＮＳＹＳ的含缺陷压电陶瓷材料有限元仿真分析１１，２１３盛捷，李俊琛，康健，邬开俊（１．兰州理工大学材料科学与工程学院，甘肃兰州７３００５０；２．兰州理工大学省部共建有色金属先进加工与再利用国家重点实验室，甘肃兰州７３００５０；

2、３．兰州交通大学电子与信息工程学院，甘肃兰州７３００７０）摘要：利用Ｖｏｒｏｎｏｉ图增量式外存算法，在指定“代表性体积单元”（ＲＶＥ）中完成海量三维压电陶瓷微观组织结构设计仿真．考虑实际压电陶瓷中缺陷可能的形态、尺寸、空间取向分布等几何参数，在ＡＮＳＹＳ软件环境下用参数化程序设计语言ＡＰＤＬ编程建立含缺陷压电陶瓷有限元仿真模型，实现网格的合理划分，实现三维含缺陷压电陶瓷微观组织结构加载的自动化．关键词：压电陶瓷材料；微观组织结构；缺陷；有限元模型中图分类号：ＴＧ１１５．２２２．４；ＴＰ３９１．７５文献标识码：ＡＦｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓ

3、ｏｆｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｍｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈｄｅｆｅｃｔｓｂａｓｅｄｏｎＡＮＳＹＳ１１，２１３ＳＨＥＮＧＪｉｅ，ＬＩＪｕｎ－ｃｈｅｎ，ＫＡＮＧＪｉａｎ，ＷＵＫａｉ－ｊｕｎ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭａｔｅｒｉａｌｓＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｓｕ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＡｄｖａｎｃｅｄＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄＲｅｃｙｃｌｉｎｇｏｆＮｏｎ－ＦｅｒｒｏｕｓＭｅｔａｌｓ，ＬａｎｚｈｏｕＵｎｉｖ

4、ｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇａｎｓｕ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００５０，Ｃｈｉｎａ；３．ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｎｄＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＬａｎｚｈｏｕＪｉａｏｔｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｇａｎｓｕ，Ｌａｎｚｈｏｕ７３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ３ＤｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｍｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄａｎｄｓｉｍｕｌａｔｅｄｉｎｓｐｅｃｉｆｉｅｄＲＶＥ（ＲｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅＶｏｌｕｍｅＥｌｅｍｅｎｔ）ｂｙｔｈｅｉｎｃｒ

5、ｅｍｅｎｔａｌｏｕｔ－ｏｆ－ｃｏｒｅａｌｇｏｒｉｔｈｍ．Ｔｈｅａｃｔｕａｌｇｅｏｍｅｔｒｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｓｓｕｃｈａｓｐｏｓｓｉｂｌｅｓｔａｔｅ，ｓｉｚｅ，ｏｒｉｅｎｔａｔｉｏｎｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｄｅｆｅｃｔｓｉｎｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｍｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓａｒｅｔａｋｅｎｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔ．ＴｈｅｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｍｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈｄｅｆｅｃｔｓｗａｓｓｅｔｕｐｂｙｕｓｉｎｇＡＰＤＬ（ＡＮＳＹＳＰａｒａｍｅｔｒｉｃＤｅｓｉｇｎ

6、Ｌａｎｇｕａｇｅ）ｐｒｏｇｒａｍｕｎｄｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆＡＮＳＹＳｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｂｙｔｈｉｓ，ｍｅｓｈｅｓｃａｎｂｅｒｅａｓｏｎａｂｌｙｄｉｖｉｄｅｄａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｍｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓｗｉｔｈｄｅｆｅｃｔｓｃａｎｂｅａｕｔｏｍａｔｉｃｌｏａｄｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｅｒａｍｉｃｍａｔｅｒｉａｌｓ；ｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｄｅｆｅｃｔｓ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌ０引言压电材料是实现机械能与电能相互转换的功能材料，是一类对机、电、声、

7、光、热敏感的电子材料，［１］广泛应用于工业部门和高科技领域．目前，应用较多的压电材料主要有五类：压电单晶体、压电多晶体［２］（压电陶瓷）、压电高分子聚合物、压电复合材料及压电半导体等．压电材料能够自适应于环境的变化，实现机械能和电能之间的相互转化，具有集传感、执行和控制于一体的特有属性，成为了智能材料系统中［３］的主导材料．对于智能材料自身来讲，时变、多场耦合以及不确定性，再加上裂纹、孔洞、夹杂等缺陷［４］的存在，导致其本构关系复杂化，这不仅增加了控制结构的复杂性，而且增加了建模和结构特性分析的难度．工程实际中对所使用材料的要求愈加苛刻，要求我们开发并

8、运用先进的技术手段来设计适用于各种工程环境下作业的先进压电材料，尤其是压电陶瓷用途更为广泛，通