Методика определения физико-механических параметров пьезоэлектрической керамики

Abstract

Конечной целью математического моделирования физического состояния колеблющихся пьезокерамических элементов является качественное и количественное описание характеристик и параметров существующих в них электрических и упругих полей. Совершенно ясно, что получение содержательных и достоверных количественных оценок параметров физического состояния пьезоэлектрических (пьезокерамических) элементов не представляется возможным без достоверных данных о величинах физико-механических констант материалов. Предложена методика экспериментального определения материальных констант пьезокерамики, которая позволяет в рамках эксперимента на одном образце определить три (из четырех не равных друг другу) модуля упругости, два (из двух не равных друг другу) пьезомодуля, и одно из двух не равных друг другу значение диэлектрической проницаемости. Впервые в практике измерения материальных констант пьезокерамики был поставлен и разрешен вопрос об определении частотной зависимости уровня потерь энергии в объеме колеблющейся пьезокерамики.

Кінцевою метою математичного моделювання фізичного стану п’єзокерамічних елементів, що коливаються, є якісний і кількісний опис характеристик і параметрів існуючих в них електричних і пружних полів. Абсолютно ясно, що отримання змістовних і достовірних кількісних оцінок параметрів фізичного стану п'єзоелектричних (п’єзокерамічних) елементів не представляється можливим без достовірних даних про величини фізико-механічних констант матеріалів. Запропоновано методику експериментального визначення матеріальних констант п'єзокераміки, яка дозволяє в рамках експерименту на одному зразку визначити три (з чотирьох не рівних один одному) модулі пружності, два (з двох не рівних один одному) п'єзомодулі, і одне з двох не рівних один одному значення діелектричної проникності. Вперше н практиці вимірювання матеріальних констант п’єзокераміки було поставлено і вирішено питання про визначення частотної залежності рівня втрат енергії в об’ємі п'єзокераміки, що коливається.

The final goal of mathematical modeling of the vibrating piezoelectric elements physical condition is a qualitative and quantitative description of characteristics and parameters of existing electrical and elastic fields. It is clear that to obtain meaningful and reliable quantitative estimates of the physical condition parameters of the piezoelectric (piezoceramic) element is not possible without reliable data on the values of the materials physical and mechanical constants. Method of material constants experimental determination of piezoelectric ceramics, which delivers reliable values of at least three modules of elasticity, two elements of the matrix of piezoelectric coefficients and one element of the matrix of dielectric constants is build. For the first time in the practice of material constants of piezoelectric ceramics measurement the question of determination of the frequency dependence of the energy level losses in a volume of oscillating piezoceramics is raised and resolved.