comsol中压电陶瓷仿真学习-材料篇
comsol中压电陶瓷仿真学习-材料篇
因工作内容改变，最近开始自学comsol，希望能从软件小白的角度分享一些学习经验。本文主要对压电仿真分享一下自己的理解。以如下官网案例为例，主要对其中的压电部分进行讲解，由于声学部分对工作内容并没有指导意义，因此跳过。
首先对本案例模型进行简单介绍：Tonpilz 型换能器用于相对低频的大功率声发射。这是声呐应用中常用的换能器配置。换能器由前辐射头、后盖板及堆叠在两者之间的压电陶瓷环构成，压电陶瓷环通过中心螺栓连接。该示例介绍如何包含螺栓预张力的影响。频率响应显示结构效应和声学效应，如变形、应力、辐射功率、声压级、发射电压响应 (TVR) 曲线以及声束的指向性指数 (DI)。
压电效应我的理解是：
1、正向效应是力作用到压电材料上产生电，可以做传感器使用；
2、反向效应是电场作用到压电材料上产生应变，可以做驱动器使用。
压电材料一般都是锆钛酸铅、石英-天然陶瓷、聚偏二氟乙烯等进行制作的。锆钛酸铅被通称为PZT，是强电介质的钛酸铅（PbTiO3）和反强电介质的锆酸铅（PbZrO3）的固溶体，成分是〔Pb（Zr-Ti）O3〕。居里点根据两者的混合比例不同而不同，大约在320℃附近有。在居里点以下没有转变点非常稳定。烧结性好，因为能够充分的极化而且极化也比较的容易，所以能够制作拥有高压电常数的压电陶瓷。通过改变混合比可以控制其机械Q值与相对介电常数等。
压电材料制作流程：
压电效应的产生原因是晶体结构自身的各向异性以及极化作用，默认情况下所有压电材料Z方向极化（X3-方向），并且默认情况下材料与空间的Z方向重合，要改变极化方向，最简单的做法就是创建一个新坐标系，并指定到压电材料上。
压电材料有两种本构形式，一种是应力-电荷形式，一种是应变-电荷形式。这个根据自己获得的哪种形式的参数决定，两者都差不多。对其中应力-电荷形式中关键的三个参数进行介绍一下，首先是CE这个表示弹性矩阵，就是各个方向的杨氏模量；e表示耦合矩阵，就是压电常数，表示电能转化成位移能力的大小；表示介电矩阵，就是介电常数，表示电容量的大小。
