Piezoelectric älykäs materiaalit tuottavat sähkökentän, kun kohdistuu mekaaninen stressi. Ymmärtäminen, miten laskea tämä sähkökenttä vaste on välttämätöntä suunnittelussa ja analysoinnissa laitteita, jotka käyttävät näitä materiaaleja. Tämä artikkeli tarjoaa selkeän, askel-askeleelta lähestymistapa suorittaa nämä laskelmat tarkasti.

Pietsoelektrisen vaikutuksen ymmärtäminen

Pietsosähköinen vaikutus liittyy mekaanisen energian suoraan muuntamiseen sähköenergiaksi. Kun mekaanista voimaa käytetään pietsosähköiseen materiaaliin, se tuottaa sähkövarauksen. Toisaalta sähkökentän käyttäminen voi aiheuttaa mekaanista muodonmuutosta.

Vaihe 1: Kerää materiaaliominaisuudet

Tunnista pietsosähköisen materiaalin keskeiset ominaisuudet, mukaan lukien pietsosähköiset kertoimet, dielektrinen hyväksyttävyys ja elastiset vakiot. Nämä parametrit ovat tyypillisesti valmistajan toimittamia tai löytyy materiaalitiedotteet.

Vaihe 2: Käytä mekaanista stressiä

Määritä materiaaliin sovellettava mekaaninen stressi, joka on esitetty stressitensorina. Tämä stressi aiheuttaa materiaalin muodonmuutoksen ja tuottaa sähköisen vasteen.

Vaihe 3: Laske sähkölasku

Käytä pietsosähköisiä konstitutiivisia yhtälöitä liittämään mekaaninen stressi sähkösiirtymään. Perussuhde on:

]D = εE + dT

jossa D on sähkösiirtymä, ε on toleranssi, E on sähkökenttä, d on pietsosähköinen kerroin ja T on käytetty stressi.

Vaihe 4: Ratkaise sähkökenttä

Järjestä yhtälö uudelleen ratkaista sähkökenttä E:

]E = (D - dT) / ε

Lisähuomioita

Varmista raja-olosuhteet ja materiaaligeometria on harkittu tarkkoja laskelmia varten. Numeerinen menetelmiä tai rajallinen elementti analyysi voi olla tarpeen monimutkaisia geometries tai ei-yhtenäinen stressijakaumat.