Введение к работе
Актуальность темы исследования.
В настоящее время известно сеышэ десяти тысяч поликристаллических пьезоэлектрических веществ. Обычно они представляют собой многокомпонентные системы, включающие большое количество химических элементов и их соединении. Исследование этих материалов и поиск нових ведется в основном экспериментально на основе личного ошга и качественных представления физики и химии твердого тела.
Практика показывает, что комбинируя материалы, составляющие многокомпонентный поликристалл, и способы их чередования в пространстве, в большинстве случаев удается добиться свойств, необходимых для того или иного конкретного применения. При этом приходится учитывать, что улучшение одних свойств как правило сопровождается ухудшением других. Вследствие этого при прогнозирования свойств новых материалов следует рассматривать, по возможности, большее количество характеристик, описывающих композит. В этой связи учет.влияния функции распределения ориентации кристаллографических осей кристаллитов на эффективные характеристики микронеоднородного материала в совокупности с определением концентрации физико-механических полей на границах раздела компонент этого материала предоставляет возможность более полного анализа свойств создаваемых материалов.
Цель работы.
Целью настоящей работы является развитие методов описания пьезоэлектрических свойств неоднородных многокомпонентных
материалов.
Научная новизна. В настоящей работе:
разработан метод определения оператора концентрации связанных упруги и электрических полей на поверхности анизотропного включения в неограниченной анизотропной матрице;
определены коэффициенты концентрации связанных упругих и электрических полей для ряда модельных сред;
разработан метод вычисления эффективных пьезоэлектрических свойств применительно к двухкомпонентным пьезоэлектрическим текстурированным композитным материалам;
на примере поликристаллического кварца изучено влияние оркентационной текстуры на симметрию и эффективные пьезоэлектрические свойства;
исследована зависимость эффективных пьзоэлектрических свойств двухкомпонентного композитного материала от свойств исходных материалов и его текстуры.
Достоверность полученных результатов проверялась при помощи предельного перехода к известным . решениям и сопоставлением с экспериментальными данными.
Практическая и научная ценность.
Разработанные в диссертации метода и основанные на них алгоритмы описания физико-механических полей на поверхности отдельного кристаллита в многокомпонентном поликристалле использованы для создания программ расчета концентрации связанных электромеханических полей в анизотропном микронеоднородном мзтериале. Это позволяет оценивать локальные концентрации полей на границах раздела компонентов, прогнозировать предельные
состояния композитного материала, создавать модели пластического деформирования, в для случая пьезоэлектрического материала определять характеристики пробоя.
Разработаны численные алгоритмы и программное обеспечение для расчета функции распределения ориентация (ФРО) полукристаллического текстурировашюго кварца по известным коэффициентам разложения ФРО в ряд по обобщенным шаровым функциям. Данный комплекс программ может быть использован и для расчета ФРО других материалов и вида текстуры.
На основе обобщенного сингулярного приближения теории случайных функций разработано программное обеспечение для расчета в едином цикле эффективных упругих, пьезоэлектрических и диэлектрических свойств текстурированных поликристаллов и композитов, состоящих из кристаллитов любой группы симметрии. Данное программе обеспечение может быть использовано для прогнозирования свойств новых и исследования имеющихся материалов.
Применение обобщенного сингулярного приближения теории случайных функций для расчета эффективных упругих, диэлектрических и пьезоэлектрических свойств материалов в совокупности с методами определения функции распределения ориентации кристаллографических осей кристаллитов и методами вычисления концентрации связанных электроупругих полей на поверхности кристаллита позволило получить новые данные по свойствам поликристаллического пьезоэлектрического текстурированного кварца.
'Разработанные метода, а также полученные теоригические результаты и созданное програмное обеспечение позволяют осуществлять неразрушаюций контроль свойств широкого класса реальных микрояеоднородных материалов.
Основные положения, выносимые на задуту:
-
Метод определения концентрации связанных упругих и электрических поле» на поверхности анизотропного включения в анизотропной неограниченной матрице.
-
Выражения для определения тензора концентрации шлей на границе раздела включение-матрица.
-
Результаты расчета коэффициентов -концентрации связанных электроупругих полей.
-
Формулы для вычисления эффективных характеристик пьезоэлектрических двухкомпонентных композитов.
-
Результаты расчета эффективных газоэлектрических свойств двухкомпонентных композитных материалов стохастической структуры.
-
Результаты расчета функции распределения ориентации кристаллографических осей кристаллитов в поликристалла кварца, полученные по различным методам обработки экспериментальных данных.
-
Результаты расчета эффективных газоэлектрических свойств текстурированного поликристаллического кварца.
Апробация работы и публикации.
По результатам диссертации опубликовано 8 статей, сделано четыре доклада:
международный симпозиум KAPG, project 2.5., ЧСФР, Острава, сентябрь. 1991;
международная конференция "Текстурный анализ и задачи геологии и геофизики", Россия, Дубна, май, 1992;
-постоянно действующий, .семинар Центрального Российского Дома знаний "Сегнето-, пьезо-, гшроэлектрики (и родственные материалы) в электронике, приборостроении и других отраслях
техники", Россия, Москва, май, 1992.
- международный научный семинар "Электродинамика периодических и нерегулярных структур", при секции НТО РЭС им.А.С.Попова, МЭИ, декабрь, 1992.
Структура диссертации.
Диссертация состоят из введения, четырех глав, виеодов, приложений и библиографии, содержит 127 страниц, в том числе 25 рисунков и 6 таблиц. В пределах каждой главы принята двойная аушрация формул - первая цифра указывает на номер параграфа в данной главе, вторая - на номер формулы в данном параграфе. При ссылках на формули других глав добавляется еще и цифра, указывавшая номер главы.