ハイパワー用圧電セラミックスの非線形応答と損失に関する研究

高功率用压电陶瓷非线性响应与损耗研究

基本信息

批准号：
11J09002
负责人：
萩原学
金额：
$ 0.83万
依托单位：
Tokyo Institute of Technology
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2011
资助国家：
日本
起止时间：
2011 至 2012
项目状态：
已结题

项目摘要

圧電セラミックスは近年、大電界・大振幅のいわゆるハイパワー条件下で駆動されるアクチュエータとしての応用が拡大している。このようなハイパワー駆動下での圧電応答を記述するためには、印加電界に対する圧電歪の非線形性とそれに伴う損失を圧電基本式に導入する必要があり、さらに誘電・弾性効果の非線形性と損失も同時に考慮しなければならない。したがって、非線形性を記述するための基本式には通常多くの非線形項と複素定数が必要であり、これらの定数の間の関係について様々な仮定を置かないと基本式を解くことができない。この問題を解決するため我々は、圧電歪は常に分極に比例し両者の間の位相遅れはないという実験事実に着目し、これに基づいて昨年度までに非線形性と損失を含む圧電基本式を導出した。また、圧電セラミックスの過渡応答波形の解析から非線形性を評価する手法を提案した。本年度はハイパワーで励振下での共振曲線の跳躍現象に着目し、非線形圧電基本式を用いた解析により同現象の発現メカニズムを考察した。その結果、同現象が本質的に弾性効果の非線形性に起因するものであり、非線形弾性効果よって生じたエネルギーの等価な2つの振動状態の間の遷移によって起こることが明らかとなった。また、PZT系圧電セラミックスに関して温度やMn添加量を変化させて測定した実験結果の解析により、微視的には非180。ドメイン壁の不可逆的な動きが同現象の起源であること明らかにした。このように、本研究の成果によって非線形性および損失を考慮した圧電セラミックスの評価とハイパワー駆動化での圧電応答の予測が可能になり、さらに非線形現象の微視的な起源が明らかになった。

近年来，压电陶瓷已越来越多地用作执行的执行器，这些执行器在所谓的高功率条件下驱动，例如大型电场和较大的幅度。为了描述这种高功率驱动器下的压电响应，相对于应用电场的压电应变的非线性，必须将结果损失引入压电基本基本公式中，并且还必须同时考虑介电和弹性效应的非线性和介电和弹性效应的损失。因此，描述非线性的基本方程通常需要许多非线性术语和复杂的常数，并且如果没有对这些常数之间关系的各种假设，就无法求解基本方程。为了解决这个问题，我们集中于一个实验事实，即压电菌株始终与极化成正比，并且之间没有相位延迟，并且基于这一点，我们得出了一个压电基本方程，包括去年包括非线性和损失。此外，已经提出了一种通过分析压电陶瓷的瞬态响应波形来评估非线性的方法。今年，我们专注于高功率激发下的共振曲线跳跃现象，并通过使用非线性压电基本方程来分析现象的表现机制。结果表明，这种现象本质上是由于弹性效应的非线性引起的，并且由于非线性弹性效应产生的两个等效振动状态之间的过渡而发生。此外，通过温度变化和MN添加量的PZT压电陶瓷测量的实验结果的分析表明，显微镜在非180上。据揭示，域壁的不可逆转运动是现象的起源。因此，这项研究的结果使您可以考虑非线性和损失的压电陶瓷，并在驱动高功率时预测压电反应，并进一步阐明非线性现象的显微镜起源。