纤维状压电材料的计算均匀化

由聚合物材料制成的柔性压电器件广泛应用于微纳机电系统。特别是，许多近期应用涉及能量收集。由于计算建模对于理解微观几何结构和本构变量对宏观行为的影响至关重要，本文开发了一种数值方法，用于对通过静电纺丝制造的、由取向排列的聚合物纳米纤维阵列构成的薄压电片进行多尺度和多物理场建模。在微观尺度上，代表性体积单元由压电聚合物纳米纤维组成，假设其具有压弹性行为并受机电接触约束。后者通过 formulat 适当的电势、机械势和耦合势纳入虚功方程，并采用罚函数法强制执行这些约束。通过求解微观尺度边值问题，采用合适的尺度过渡程序来识别宏观薄压电壳单元的性能。