《物性效应模型》PPT课件.ppt
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1、一、物性效应和规律的能量属性分类传感器,执行器统称变换器,依赖某种物性效应或规律。输入或 输出或输入信号能量,信息输出信号 包含电和非电量之间变换,相同工作原理的变换器、可逆性,第四讲 物性效应模型,能量属性分类,系统建模中功率变量分类:刚性平动,刚体转动,流体运动,电,磁,热前三类:机械能,作用于敏感材料上应力,应变形式作用 三种机械能之间:机械结构作用,活塞,力臂物性效应和规律:不同能量域之间信息,能量变换的根据物性效应:物理效应,化学效应,生物效应等研究:认识,发现,使用,物性效应,二、三种能量之间的物性效应模型,1925年,Hechmamn G提出机械能,电能,热能之间的耦合关系。,三
2、种能量之间的物性效应模型,三角形外层顶点:示强变量(自变量),势变量,称集中变量,约束变量,强度变量,广义力三角形内层顶点:示容变量(因变量),称广延变量,响应变量,示容变量,广义位移。内外三角形对应顶点连线:主效应各顶点之间的连线:交叉效应,固体物理,晶体物理中广泛应用:物体受外界作用时呈现多种响应。定量表达形式(物性效应本构方程):任一参量是其余五个参数的函数,三种能量之间的物性效应模型,物性效应模型,简化:突出主效应,确定物理条件和边界条件。如:绝热(等温等熵)时,机电效应模型变成TSDE梯型。四个参数中任一参数是其他三个量的函数。,物性效应模型,若设定边界条件,本构方程中一个因变量只有
3、两个自变量相对应。,物性效应模型,电学量:E,D一阶张量机械量:T,S二阶张量(6阶矢量):短路,开路柔顺矩阵(6x6):自由,夹持介电常数矩阵(3x3):短路,开路刚度常数矩阵(6x6):自由,夹持介电隔离率矩阵(3x3):压电应变常数矩阵(3x6):逆压电常数矩阵(6x3),物性效应模型,e:压电应力常数矩阵g:压电电压常数矩阵h:压电刚度常数矩阵即:不同边界条件下,无论主效应还是交叉效应的常数矩阵不同(相对差值一般在 数量级,如主效应的柔顺系数s,刚度系数c,介电常数,电隔离率),物性效应模型,一般情况:将物理条件,边界条件限定在单一物性效应状态下,一个因变量对应一个自变量取一级近似,在
4、平衡态附近用Taylor展开一阶项压电效应:,物性效应模型,三种能量之间物性效应模型的另一形式:Thurston模型,1994去掉热学量,增加光学量()光作为电磁能的一部分简化事实上:光在物质相互作用主要起作用的是光量子的能量,三、四种能量间的物性效应新模型,大连理工,加入磁学量,构成四种能量间的变换耦合模型,四种能量间的物性效应新模型,晶体力学能量矢量方程:G:可做功的吉布斯自由能;U:物质内能;热能;TS:机械能;ED:电能;HB:磁能,四种能量间的物性效应新模型,应用该热力学方程可推导出:机(压)电效应方程,电磁,磁热,热弹效应方程双重正方形外侧4个顶点:示强变量(势变量,约束变量,自变
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