基于多场渐近均匀化的热-压电微结构弯曲执行器设计
应用物理
2018-03-15 v1
摘要
集成微机电系统（MEMS）因其灵敏度、精度与可靠性的提升而近年广泛应用。此类器件制造过程对高精度之需求，催生了精确的初步计算。压电材料在该领域作为机械与电信号间的直接转换器而被广泛采用，其中部分压电材料呈现热释电特性，涉及热电相互作用。本研究在平面条件下分析热释电弯曲执行器。其由具有面内极化的活性PZT层，以及一层具有周期微结构的微结构复合层构成，该复合层中具面外极化的PZT纤维浸埋于聚合物基体中。复合层在宏观尺度的本构律通过近期发展的热-压电材料多场渐近均匀化技术确定。我们推导了表征该微结构层宏观行为的整体本构方程，并给出了等效一阶（Cauchy）均匀化连续体的整体本构张量闭式表达。利用复合层的面外压电特性——其改变了整个弯曲器的刚度，研究了单晶与双晶弯曲执行器偏转与其几何特征的关系。在结构尺度上对弯曲器行为的精确描述，对设计高性能器件至关重要。就此而言，本研究探究了微结构对执行器整体响应的影响，以理解如何裁剪复合材料以满足特定设计要求。
引用
@article{arxiv.1803.05346,
title = {Design of thermo-piezoelectric microstructured bending actuators via multi-field asymptotic homogenization},
author = {Francesca Fantoni and Andrea Bacigalupo and Marco Paggi},
journal= {arXiv preprint arXiv:1803.05346},
year = {2018}
}