Конечно-элементный анализ эффективных свойств корундосодержащей пьезокерамики c разномасштабными порами

Авторы

  • Анна Богдановна Кудимова Южный федеральный университет image/svg+xml
  • Андрей Викторович Наседкин Южный федеральный университет image/svg+xml

DOI:

https://doi.org/10.7242/1999-6691/2020.13.1.4

Ключевые слова:

пьезоэлектричество, трехфазный пьезокомпозит, гранулированное включение, пористость, эффективный модуль, представительный объем

Аннотация

Рассматриваются задачи гомогенизации для определения эффективных модулей керамоматричных пьезокомпозитов с учетом разномасштабной пористости. Полагается, что пьезокомпозит состоит из пьезокерамической матрицы, более жестких упругих корундовых включений и пор. Применяются две модели пористости: для микропор и для мезопор. Микропорами называются распределенные в пьезокерамике поры с размерами, много меньшими размеров включений, а мезопорами - поры, сравнимые по размерам с включениями. Мезопоры в совокупности считаются отдельной фазой пьезокомпозита. При наличии микропористости задача гомогенизации решается на двух масштабных уровнях. Вначале вычисляются эффективные модули для микропористой пьезокерамики, в которой микропоры выступают как отдельная фаза двухфазного пьезокомпозита без включений, а затем реализуется задача гомогенизации для общего случая, то есть для трехфазного композита из микропористой пьезокерамики, включений и, возможно, мезопор. Для решения задач гомогенизации использован метод эффективных модулей в стандартной формулировке, метод конечных элементов и вычислительный комплекс ANSYS. Разработаны конечно-элементные модели представительных объемов 3-0 связности (для двухфазных композитов) и 3-0-0 связности (для трехфазных композитов) с изолированными включениями и порами. Полный набор эффективных модулей находился из решений пяти краевых задач с различными линейными главными граничными условиями. Результаты вычислительных экспериментов показали, что эффективные модули существенно зависят не только от объемных долей включений и пор, но и от размеров пор и их конфигурации. При этом наличие пористости в структуре пьезокомпозитов в большей степени влияет на их эффективные модули упругости, чем на пьезомодули и диэлектрические проницаемости.

Скачивания

Данные по скачиваниям пока не доступны.

Библиографические ссылки

Liu Y.G., Jia D.C., Zhou Y. Microstructure and mechanical properties of a lithium tantalate-dispersed-alumina ceramic composite // Ceram. Int. 2002. Vol. 28. P. 111-114. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(01)00065-7">https://doi.org/10.1016/S0272-8842(01)00065-7

Yang B., Chen X.M. Alumina ceramics toughened by a piezoelectric secondary phase // J. Eur. Ceram. Soc. 2000. Vol. 20. P. 1687-1690. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(00)00049-2">https://doi.org/10.1016/S0955-2219(00)00049-2   

Borzov P.A., Filippov S.E., Topolov V.Yu., Brill O.E., Panich A.E. Elastic properties and frequency characteristics of a piezo-active 3–0-type corundum-containing composite // Adv. Compos. Hybrid Mater. 2018. Vol. 1. P. 558-566. https://doi.org/10.1007/s42114-018-0039-0">https://doi.org/10.1007/s42114-018-0039-0

Borzov P.A., Filippov S.E., Topolov V.Yu., Brill O.E., Panich A.E. Piezoelectric properties and related parameters of  a  novel  3–0-type  composite // Funct. Mater. Lett. 2018. Vol. 11. 1850082. https://doi.org/10.1142/S1793604718500820">https://doi.org/10.1142/S1793604718500820

Borzov P.A., Topolov V.Yu., Bowen C.R. Relations between the piezoelectric performance and quality factors in a corundum-containing composite // Mater. Chem. Phys. 2019. Vol. 233. P. 194-202. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.05.019">https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.05.019

Hwang H.J., Sekino T., Ota K., Niihara K. Perovskite type BaTiO3 ceramics containing particulate SiC: Part I. Structure variation and phase transformation // J. Mater. Sci. 1996. Vol. 31. P. 4617-4624. https://doi.org/10.1007/BF00366360">https://doi.org/10.1007/BF00366360

Hwang H.J., Niihara K. Perovskite type BaTiO3 ceramics containing particulate SiC: Part II Microstructure and mechanical properties // J. Mater. Sci. 1998. Vol. 33. P. 549-558. https://doi.org/10.1023/A:1004365006839">https://doi.org/10.1023/A:1004365006839

Malič B., Kosec M., Kosmač T. Mechanical and electrical properties of PZT-ZrO2 composites // Ferroelectrics. 1992. Vol. 129. P. 147-155. https://doi.org/10.1080/00150199208016985">https://doi.org/10.1080/00150199208016985

Rybyanets A.N., Rybyanets A.A. Ceramic piezocomposites: Modeling, technology, and characterization // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 2011. Vol. 58. P. 1757-1773. https://doi.org/10.1109/TUFFC.2011.2013">https://doi.org/10.1109/TUFFC.2011.2013

Rybyanets A.N., Konstantinov G.M., Naumenko A.A., Shvetsova N.A., Makar’ev D.I., Lugovaya M.A. Elastic, dielectric, and piezoelectric properties of ceramic lead zirconate titanate/α-Al2O3 composites // Phys. Solid. State. 2015. Vol. 57. P. 527‑530. https://doi.org/10.1134/S1063783415030270">https://doi.org/10.1134/S1063783415030270

Thommerel E., Madigou V., Villain S., Musso J., Valmalette J.-C., Gavarri J.-R. Microstructure modifications and modulated piezoelectric responses in PLZT/Al2O3 composites // Mat. Sci. Eng. B. 2003. Vol. 97. P. 74-82. https://doi.org/10.1016/S0921-5107(02)00407-5">https://doi.org/10.1016/S0921-5107(02)00407-5

Xiang P.-H., Dong X.-L., Chen H., Zhang Z., Guo J.-K. Mechanical and electrical properties of small amount of oxides reinforced PZT ceramics // Ceram. Int. 2003. Vol. 29. P. 499-503. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(02)00193-1">https://doi.org/10.1016/S0272-8842(02)00193-1

IEEE Standard on piezoelectricity. ANSI-IEEE Std. 176–1987. New York: IEEE, 1988. https://doi.org/10.1109/IEEESTD.1988.79638">https://doi.org/10.1109/IEEESTD.1988.79638

Newnham R.E., Skinner D.P., Cross L.E. Connectivity and piezoelectric-pyroelectric composites // Mater. Res. Bull. 1978. Vol. 13. P. 525-536. https://doi.org/10.1016/0025-5408(78)90161-7">https://doi.org/10.1016/0025-5408(78)90161-7

Banno H. Effects of porosity on dielectric, elastic, and electromechanical properties of Pb(Zr,Ti)O3 ceramics with  open  pores: A theoretical approach // Jpn. J. Appl. Phys. 1993. Vol. 32. P. 4214-4217. https://doi.org/10.1143/JJAP.32.4214">https://doi.org/10.1143/JJAP.32.4214

Bowen C.R., Kara H. Pore anisotropy in 3–3 piezoelectric composites // Mater. Chem. Phys. 2002. Vol. 75. P. 45-49. https://doi.org/10.1016/S0254-0584(02)00028-7">https://doi.org/10.1016/S0254-0584(02)00028-7

Dunn M.L., Taya M. Electromechanical properties of porous piezoelectric ceramics // J. Am. Ceram. Soc. 1993. Vol. 76. P. 1697-1706. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1993.tb06637.x">https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1993.tb06637.x

Dunn M.L., Taya M. Micromechanics predictions of the effective electroelastic moduli of piezoelectric composites // Int. J. Solid. Struct. 1993. Vol. 30. P. 161-175. https://doi.org/10.1016/0020-7683(93)90058-F">https://doi.org/10.1016/0020-7683(93)90058-F

Iovane G., Nasedkin A.V. Finite element modelling of ceramomatrix piezocomposites by using effective moduli method with different variants of boundary conditions // Mater. Phys. Mech. 2019Vol. 42. P. 1-13. https://doi.org/10.18720/MPM.4212019_1">https://doi.org/10.18720/MPM.4212019_1

Iyer S., Alkhader M., Venkatesh T.A. On the relationships between cellular structure, deformation modes and electromechanical properties of piezoelectric cellular solids // Int. J. Solid. Struct. 2016. Vol. 80. P. 73-83. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2015.10.024">https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2015.10.024

Iyer S., Venkatesh T.A. Electromechanical response of (3–0) porous piezoelectric materials: Effects of porosity shape // J. Appl. Phys. 2011. Vol. 110. 034109. https://doi.org/10.1063/1.3622509">https://doi.org/10.1063/1.3622509

Iyer S., Venkatesh T.A. Electromechanical response of (3–0, 3–1) particulate, fibrous, and porous piezoelectric composites with anisotropic constituents: A model based on the homogenization method // Int. J. Solid. Struct. 2014. Vol. 51. P. 1221‑1234. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2013.12.008">https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2013.12.008

Kudimova A., Mikhayluts I., Nadolin D., Nasedkin A., Nasedkina A., Oganesyan P., Soloviev A. Computer design of porous and ceramic piezocomposites in the finite element package ACELAN // Procedia Structural Integrity. 2017. Vol. 6. P. 301‑308. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2017.11.046">https://doi.org/10.1016/j.prostr.2017.11.046

Kudimova A.B., Nadolin D.K., Nasedkin A.V., Oganesyan P.A., Soloviev A.N. Finite element homogenization models of bulk mixed piezocomposites with granular elastic inclusions in ACELAN package // Mater. Phys. Mech. 2018. Vol. 37. P. 25-33. https://doi.org/10.18720/MPM.3712018_4">https://doi.org/10.18720/MPM.3712018_4

Levassort F., Lethiecq M., Desmare R., Tran-Huu-Hue L.P. Effective electroelastic moduli of 3-3(3-0) piezocomposites // IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control. 1999. Vol. 46. P. 1028-1034. https://doi.org/10.1109/58.775670">https://doi.org/10.1109/58.775670

Martinez-Ayuso G., Friswell M.I., Adhikari S., Khodaparast H.H., Berger H. Homogenization of porous piezoelectric materials // Int. J. Solid. Struct. 2017. Vol. 113-114. P. 218-229. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2017.03.003">https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2017.03.003

Nasedkin A.V., Shevtsova M.S. Improved finite element approaches for modeling of porous piezocomposite materials with different connectivity // Ferroelectrics and superconductors: Properties and applications / Ed. I.A. Parinov. New York: Nova Science Publ., 2011. P. 231-254.

Nguyen B.V., Challagulla K.S., Venkatesh T.A., Hadjiloizi D.A., Georgiades A.V. Effects of porosity distribution and porosity volume fraction on the electromechanical properties of 3–3 piezoelectric foams // Smart Mater. Struct. 2016. Vol. 25. 125028. https://doi.org/10.1088/0964-1726/25/12/125028">https://doi.org/10.1088/0964-1726/25/12/125028

Odegard G.M. Constitutive modeling of piezoelectric polymer composites // Acta Mater. 2004. Vol. 52. P. 5315-5330. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2004.07.037">https://doi.org/10.1016/j.actamat.2004.07.037

Паньков А.А. Статистическая механика пьезокомпозитов. Пермь: Изд-во Перм. гос. техн. ун-та, 2009. 480 с.

Perry A., Bowen C.R., Mahon S.W. Finite element modelling of 3-3 piezocomposites // Scripta Materialia. 1999. Vol. 41. P. 1001-1007. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(99)00249-3">https://doi.org/10.1016/S1359-6462(99)00249-3

Хорошун Л.П., Маслов Б.П., Лещенко П.В. Прогнозирование эффективных свойств пьезоактивных композитных материалов. Киев: Наукова Думка, 1989. 208 c.

Kudimova A., Nasedkin A. Analysis of porosity influence on the effective moduli of ceramic matrix PZT composite using  the simplified finite element model // J. Adv. Dielectr. 2019. Vol. 9. 1950043. https://doi.org/10.1142/S2010135X19500437">https://doi.org/10.1142/S2010135X19500437

Iovane G., Nasedkin A.V. Finite element study of ceramic matrix piezocomposites with mechanical interface  properties  by  the  effective moduli  method  with  different  types  of  boundary  conditions  //  Wave  dynamics, mechanics and physics of microstructured metamaterials / Ed. M. Sumbatyan. Springer, 2019. P. 163-179. https://doi.org/10.1007/978-3-030-17470-5_12">https://doi.org/10.1007/978-3-030-17470-5_12

Iovane G., Nasedkin A.V. Numerical modelling of two-phase piezocomposites with interface mechanical anisotropic effects // Dynamical processes in generalized continua and structures / Eds. H. Altenbach, A. Belyaev, V. Eremeyev, A. Krivtsov, A. Porubov. Springer, 2019. P. 293-304. https://doi.org/10.1007/978-3-030-11665-1_16">https://doi.org/10.1007/978-3-030-11665-1_16

Наседкин А.В., Корниевский А.С. Конечно-элементное моделирование эффективных свойств анизотропных упругих материалов со случайной наноразмерной пористостью // Вычисл. мех. сплош. сред. 2017. Т. 10, № 4. С. 375-387. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2017.10.4.29">https://doi.org/10.7242/1999-6691/2017.10.4.29

Eichhorn F., Biggemann J., Kellermann S., Kawai A., Kato K., Kakimoto K., Fey T. Influence of cell size on mechanical and piezoelectric properties of PZT and LNKN ceramic foams // Adv. Eng. Mater. 2017. Vol. 19. 1700420. https://doi.org/10.1002/adem.201700420">https://doi.org/10.1002/adem.201700420

Kumar B.P., Rawal B., Rajan K.M. Characterization of high porous PZT piezoelectric ceramics by different techniques // Def. Sci. J. 2018. Vol. 68. P. 500-504. https://doi.org/10.14429/dsj.68.12315">https://doi.org/10.14429/dsj.68.12315

Tajima K.-I., Hwang H.J., Sando M., Niihara K. Electric-field-induced crack growth behavior in PZT/Al2O3 composites // J. Am. Ceram. Soc. 2000. Vol. 83. P. 651-653. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01248.x">https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01248.x

Gerasimenko T.E., Kurbatova N.V., Nadolin D.K., Nasedkin A.V., Nasedkina A.A., Oganesyan P.A., Skaliukh A.S., Soloviev A.N. Homogenization of piezoelectric composites with internal structure and inhomogeneous polarization in ACELAN-COMPOS finite element package // Wave dynamics, mechanics and physics of microstructured metamaterials / Ed. M. Sumbatyan. Springer, 2019. P. 13-131. https://doi.org/10.1007/978-3-030-17470-5_8">https://doi.org/10.1007/978-3-030-17470-5_8

Lewis R.W.C., Dent A.C.E., Stevens R., Bowen C.R. Microstructural modelling of the polarization and properties of porous ferroelectrics // Smart Mater. Struct. 2011. Vol. 20. 085002. https://doi.org/10.1088/0964-1726/20/8/085002">https://doi.org/10.1088/0964-1726/20/8/085002

Martínez-Ayuso G., Friswell M.I., Khodaparast H.H., Roscow J.I., Bowen C.R. Electric field distribution in porous piezoelectric materials during polarization // Acta Mater. 2019. Vol. 173. P. 332-341. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.04.021">https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.04.021

Nan C.-W., Weng G.J. Influence of polarization orientation on the effective properties of piezoelectric composites // J. Appl. Phys. 2000. Vol. 88. P. 416-423. https://doi.org/10.1063/1.373675">https://doi.org/10.1063/1.373675

Zhang Y., Roscow J., Lewis R., Khanbareh H., Topolov V.Yu., Xie M., Bowen C.R. Understanding the effect of porosity on the polarisation-field response of ferroelectric materials // Acta Mater. 2018. Vol. 154. P. 100-112. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.05.007">https://doi.org/10.1016/j.actamat.2018.05.007

###

Liu Y.G., Jia D.C., Zhou Y. Microstructure and mechanical properties of a lithium tantalate-dispersed-alumina ceramic composite. Ceram. Int., 2002, vol. 28, pp. 111-114. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(01)00065-7">https://doi.org/10.1016/S0272-8842(01)00065-7

Yang B., Chen X.M. Alumina ceramics toughened by a piezoelectric secondary phase. J. Eur. Ceram. Soc., 2000, vol. 20, pp. 1687-1690. https://doi.org/10.1016/S0955-2219(00)00049-2">https://doi.org/10.1016/S0955-2219(00)00049-2

Borzov P.A., Filippov S.E., Topolov V.Yu., Brill O.E., Panich A.E. Elastic properties and frequency characteristics of a piezo-active 3–0-type corundum-containing composite. Adv. Compos. Hybrid Mater., 2018, vol. 1, pp. 558-566. https://doi.org/10.1007/s42114-018-0039-0">https://doi.org/10.1007/s42114-018-0039-0

Borzov P.A., Filippov S.E., Topolov V.Yu., Brill O.E., Panich A.E. Piezoelectric properties and related parameters of a novel 3–0-type composite. Funct. Mater. Lett., 2018, vol. 11, 1850082. https://doi.org/10.1142/S1793604718500820">https://doi.org/10.1142/S1793604718500820

Borzov P.A., Topolov V.Yu., Bowen C.R. Relations between the piezoelectric performance and quality factors in a corundum-containing composite. Mater. Chem. Phys., 2019, vol. 233, pp. 194-202. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.05.019">https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2019.05.019

Hwang H.J., Sekino T., Ota K., Niihara K. Perovskite type BaTiO3 ceramics containing particulate SiC: Part I. Structure variation and phase transformation. J. Mater. Sci., 1996, vol. 31, pp. 4617-4624. https://doi.org/10.1007/BF00366360">https://doi.org/10.1007/BF00366360

Hwang H.J., Niihara K. Perovskite type BaTiO3 ceramics containing particulate SiC: Part II Microstructure and mechanical properties. J. Mater. Sci., 1998, vol. 33, pp. 549-558. https://doi.org/10.1023/A:1004365006839">https://doi.org/10.1023/A:1004365006839

Malič B., Kosec M., Kosmač T. Mechanical and electrical properties of PZT-ZrO2 composites. Ferroelectrics, 1992, vol. 129, pp. 147-155. https://doi.org/10.1080/00150199208016985">https://doi.org/10.1080/00150199208016985

Rybyanets A.N., Rybyanets A.A. Ceramic piezocomposites: Modeling, technology, and characterization. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control., 2011, vol. 58, pp. 1757-1773. https://doi.org/10.1109/TUFFC.2011.2013">https://doi.org/10.1109/TUFFC.2011.2013

Rybyanets A.N., Konstantinov G.M., Naumenko A.A., Shvetsova N.A., Makar’ev D.I., Lugovaya M.A. Elastic, dielectric, and piezoelectric properties of ceramic lead zirconate titanate/α-Al2O3 composites. Phys. Solid. State, 2015, vol. 57, pp. 527-530. https://doi.org/10.1134/S1063783415030270">https://doi.org/10.1134/S1063783415030270

Thommerel E., Madigou V., Villain S., Musso J., Valmalette J.-C., Gavarri J.-R. Microstructure modifications and modulated piezoelectric responses in PLZT/Al2O3 composites. Mat. Sci. Eng. B, 2003, vol. 97. pp. 74-82. https://doi.org/10.1016/S0921-5107(02)00407-5">https://doi.org/10.1016/S0921-5107(02)00407-5

Xiang P.-H., Dong X.-L., Chen H., Zhang Z., Guo J.-K. Mechanical and electrical properties of small amount of oxides reinforced PZT ceramics. Ceram. Int., 2003, vol. 29, pp. 499-503. https://doi.org/10.1016/S0272-8842(02)00193-1">https://doi.org/10.1016/S0272-8842(02)00193-1

IEEE Standard on piezoelectricity. ANSI-IEEE Std. 176–1987. New York: IEEE, 1988. https://doi.org/10.1109/IEEESTD.1988.79638">https://doi.org/10.1109/IEEESTD.1988.79638

Newnham R.E., Skinner D.P., Cross L.E. Connectivity and piezoelectric-pyroelectric composites. Mater. Res. Bull., 1978, vol. 13, pp. 525-536. https://doi.org/10.1016/0025-5408(78)90161-7">https://doi.org/10.1016/0025-5408(78)90161-7

Banno H. Effects of porosity on dielectric, elastic, and electromechanical properties of Pb(Zr,Ti)O3 ceramics with open pores: A theoretical approach. Jpn. J. Appl. Phys., 1993, vol. 32, pp. 4214-4217. https://doi.org/10.1143/JJAP.32.4214">https://doi.org/10.1143/JJAP.32.4214

Bowen C.R., Kara H. Pore anisotropy in 3–3 piezoelectric composites. Mater. Chem. Phys., 2002, vol. 75, pp. 45-49. https://doi.org/10.1016/S0254-0584(02)00028-7">https://doi.org/10.1016/S0254-0584(02)00028-7

Dunn M.L., Taya M. Electromechanical properties of porous piezoelectric ceramics. J. Am. Ceram. Soc., 1993, vol. 76, pp. 1697-1706. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1993.tb06637.x">https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.1993.tb06637.x

Dunn M.L., Taya M. Micromechanics predictions of the effective electroelastic moduli of piezoelectric composites. Int. J. Solid. Struct., 1993, vol. 30, pp. 161-175. https://doi.org/10.1016/0020-7683(93)90058-F">https://doi.org/10.1016/0020-7683(93)90058-F

Iovane G., Nasedkin A.V. Finite element modelling of ceramomatrix piezocomposites by using effective moduli method with different variants of boundary conditions. Mater. Phys. Mech., 2019vol. 42, pp. 1-13. https://doi.org/10.18720/MPM.4212019_1">https://doi.org/10.18720/MPM.4212019_1

Iyer S., Alkhader M., Venkatesh T.A. On the relationships between cellular structure, deformation modes and electromechanical properties of piezoelectric cellular solids. Int. J. Solid. Struct., 2016, vol. 80, pp. 73-83. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2015.10.024">https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2015.10.024

Iyer S., Venkatesh T.A. Electromechanical response of (3–0) porous piezoelectric materials: Effects of porosity shape. J. Appl. Phys., 2011, vol. 110, 034109. https://doi.org/10.1063/1.3622509">https://doi.org/10.1063/1.3622509

Iyer S., Venkatesh T.A. Electromechanical response of (3–0, 3–1) particulate, fibrous, and porous piezoelectric composites with anisotropic constituents: A model based on the homogenization method. Int. J. Solid. Struct., 2014, vol. 51, pp. 1221‑1234. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2013.12.008">https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2013.12.008

Kudimova A., Mikhayluts I., Nadolin D., Nasedkin A., Nasedkina A., Oganesyan P., Soloviev A. Computer design of porous and ceramic piezocomposites in the finite element package ACELAN. Procedia Structural Integrity, 2017, vol. 6, pp. 301‑308. https://doi.org/10.1016/j.prostr.2017.11.046">https://doi.org/10.1016/j.prostr.2017.11.046

Kudimova A.B., Nadolin D.K., Nasedkin A.V., Oganesyan P.A., Soloviev A.N. Finite element homogenization models of bulk mixed piezocomposites with granular elastic inclusions in ACELAN package. Mater. Phys. Mech., 2018, vol. 37, pp. 25-33. https://doi.org/10.18720/MPM.3712018_4">https://doi.org/10.18720/MPM.3712018_4

Levassort F., Lethiecq M., Desmare R., Tran-Huu-Hue L.P. Effective electroelastic moduli of 3-3(3-0) piezocomposites. IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Control., 1999, vol. 46, pp. 1028-1034. https://doi.org/10.1109/58.775670">https://doi.org/10.1109/58.775670

Martinez-Ayuso G., Friswell M.I., Adhikari S., Khodaparast H.H., Berger H. Homogenization of porous piezoelectric materials. Int. J. Solid. Struct., 2017, vol. 113-114, pp. 218-229. https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2017.03.003">https://doi.org/10.1016/j.ijsolstr.2017.03.003

Nasedkin A.V., Shevtsova M.S. Improved finite element approaches for modeling of porous piezocomposite materials with different connectivity. Ferroelectrics and superconductors: Properties and applications, ed. I.A. Parinov. New York: Nova Science Publ., 2011. P. 231-254.

Nguyen B.V., Challagulla K.S., Venkatesh T.A., Hadjiloizi D.A., Georgiades A.V. Effects of porosity distribution and porosity volume fraction on the electromechanical properties of 3–3 piezoelectric foams. Smart Mater. Struct., 2016, vol. 25, 125028. https://doi.org/10.1088/0964-1726/25/12/125028">https://doi.org/10.1088/0964-1726/25/12/125028

Odegard G.M. Constitutive modeling of piezoelectric polymer composites. Acta Mater., 2004, vol. 52, pp. 5315–5330. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2004.07.037">https://doi.org/10.1016/j.actamat.2004.07.037

Pan’kov A.A. Statisticheskaya mekhanika p’yezokompozitov [Statistical mechanics of piezocomposites]. Perm, Izd-vo Perm. gos. tekhn. un-ta, 2009. 480 p.

Perry A., Bowen C.R., Mahon S.W. Finite element modelling of 3-3 piezocomposites. Scripta Materialia, 1999, vol. 41, pp. 1001-1007. https://doi.org/10.1016/S1359-6462(99)00249-3">https://doi.org/10.1016/S1359-6462(99)00249-3

Khoroshchn L.P., Maslov B.P., Leshchenko P.V. Prognozirovaniye effektivnykh svoystv p’yezoaktivnykh kompozitnykh materialov [Prediction of the effective properties of piezoelectric composite materials]. Kiev, Naukova Dumka, 1989. 208 p.

Kudimova A., Nasedkin A. Analysis of porosity influence on the effective moduli of ceramic matrix PZT composite using  the simplified finite element model. J. Adv. Dielectr., 2019, vol. 9, 1950043. https://doi.org/10.1142/S2010135X19500437">https://doi.org/10.1142/S2010135X19500437

Iovane G., Nasedkin A.V. Finite element study of ceramic matrix piezocomposites with mechanical interface properties by the effective moduli method with different types of boundary conditions. Wave dynamics, mechanics and physics of microstructured metamaterials, ed. M. Sumbatyan. Springer, 2019. P. 163-179. https://doi.org/10.1007/978-3-030-17470-5_12">https://doi.org/10.1007/978-3-030-17470-5_12

Iovane G., Nasedkin A.V. Numerical modelling of two-phase piezocomposites with interface mechanical anisotropic effects. Dynamical processes in generalized continua and structures, eds. H. Altenbach, A. Belyaev, V. Eremeyev, A. Krivtsov, A. Porubov. Springer, 2019. P. 293-304. https://doi.org/10.1007/978-3-030-11665-1_16">https://doi.org/10.1007/978-3-030-11665-1_16

Nasedkin A.V., Kornievsky A.S. Finite element modeling of effective properties of elastic materials with random nanosized porosities. Vychisl. mekh. splosh. sred – Computational Continuum Mechanics, 2017, vol. 10, no. 4, pp. 375-387. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2017.10.4.29">https://doi.org/10.7242/1999-6691/2017.10.4.29

Eichhorn F., Biggemann J., Kellermann S., Kawai A., Kato K., Kakimoto K., Fey T. Influence of cell size on mechanical and piezoelectric properties of PZT and LNKN ceramic foams. Adv. Eng. Mater., 2017, vol. 19, 1700420. https://doi.org/doi/10.1002/adem.201700420">https://doi.org/doi/10.1002/adem.201700420

Kumar B.P., Rawal B., Rajan K.M. Characterization of high porous PZT piezoelectric ceramics by different techniques. Def. Sci. J., 2018, vol. 68, pp. 500-504. https://doi.org/10.14429/dsj.68.12315">https://doi.org/10.14429/dsj.68.12315

Tajima K.-I., Hwang H.J., Sando M., Niihara K. Electric-field-induced crack growth behavior in PZT/Al2O3 composites. J. Am. Ceram. Soc., 2000, vol. 83, pp. 651-653. https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01248.x">https://doi.org/10.1111/j.1151-2916.2000.tb01248.x

Gerasimenko T.E., Kurbatova N.V., Nadolin D.K., Nasedkin A.V., Nasedkina A.A., Oganesyan P.A., Skaliukh A.S., Soloviev A.N. Homogenization of piezoelectric composites with internal structure and inhomogeneous polarization in ACELAN-COMPOS finite element package. Wave dynamics, mechanics and physics of microstructured metamaterials, ed. M. Sumbatyan. Springer, 2019. P. 13-131. https://doi.org/10.1007/978-3-030-17470-5_8">https://doi.org/10.1007/978-3-030-17470-5_8

Lewis R.W.C., Dent A.C.E., Stevens R., Bowen C.R. Microstructural modelling of the polarization and properties of porous ferroelectrics. Smart Mater. Struct., 2011, vol. 20, 085002. https://doi.org/10.1088/0964-1726/20/8/085002">https://doi.org/10.1088/0964-1726/20/8/085002

Martínez-Ayuso G., Friswell M.I., Khodaparast H.H., Roscow J.I., Bowen C.R. Electric field distribution in porous piezoelectric materials during polarization. Acta Mater., 2019, vol. 173, pp. 332-341. https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.04.021">https://doi.org/10.1016/j.actamat.2019.04.021

Nan C.-W., Weng G.J. Influence of polarization orientation on the effective properties of piezoelectric composites. J. Appl. Phys., 2000, vol. 88, pp. 416-423. https://doi.org/10.1063/1.373675">https://doi.org/10.1063/1.373675

Zhang Y., Roscow J., Lewis R., Khanbareh H., Topolov V.Yu., Xie M., Bowen C.R. Understanding the effect of porosity on the polarisation-field response of ferroelectric materials. Acta Mater., 2018, vol. 154, pp. 100-112. https://doi.org/doi:10.1016/j.actamat.2018.05.007">https://doi.org/doi:10.1016/j.actamat.2018.05.007

Загрузки

Опубликован

30.03.2020

Выпуск

Раздел

Статьи

Как цитировать

Кудимова, А. Б., & Наседкин, А. В. (2020). Конечно-элементный анализ эффективных свойств корундосодержащей пьезокерамики c разномасштабными порами. Вычислительная механика сплошных сред, 13(1), 44-59. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2020.13.1.4