ELECTROMAGNETIC COUPLING OF PIEZOELECTRIC/FERRITE COMPOSITE WITH QUASI-PERIODIC STRUCTURE, INITIAL STRESS STATE AND MAXWELL-WAGNER RELAXATION

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Analytical solutions have been obtained for tensors of effective electromagneticmotive properties of a composite with a quasi-periodic structure, taking into account the anisotropy of the disordered inclusions relative to the corresponding ideal periodic structure in a generalized singular approximation of the method of periodic components of statistical mechanics. The magnitude and anisotropy of the disordered inclusions (fibers) are taken into account in the solution through the coefficients of periodicity and anisotropy of the disordered inclusions relative to the corresponding ideal periodic structure, the effective properties of which are considered known. For the case of isotropic disordered inclusions, analytical solutions for tensors of effective electromagneticmotive elastic and pyroelectric properties of a composite with a quasi-periodic structure are obtained as simple linear decompositions of the desired solutions through known tensors of corresponding effective properties for a periodic structure and for a statistical mixture using the periodicity coefficient. The results of numerical modeling of the frequency dependences of the electromagnetic coupling coefficients are presented, taking into account a given initial stress state and the Maxwell-Wagner relaxation of the electric fields of the structural elements of a quasi-periodic composite.

About the authors

A. A Pan’kov

Perm National Research Polytechnic University

Author for correspondence.
Email: a_a_pankov@mail.ru
Perm, Russia

References

  1. Белоконь А.В., Скалиух А.С. Математическое моделирование необратимых процессов поляризации. М.: Физматлит, 2010. 328 с.
  2. Nasedkin A.V., Nasedkina A.A., Nassar M.E. Homogenization of porous piezocomposites with extreme properties at pore boundaries by effective moduli method // Mech. Solids. 2020. V. 55. P. 827–836. https://doi.org/10.3103/S0025654420050131
  3. Nasedkin A.V., Nasedkina A.A., Rybyanets A.N. Numerical analysis of effective properties of heterogeneously polarized porous piezoceramic materials with local alloying pore surfaces // Materials Physics & Mechanics. 2018. V. 40. № 1. P. 12–21. https://doi.org/10.18720/MPM.4012018_3
  4. Берлинкур Д., Керран Д., Жаффе Г. Пьезоэлектрические и пьезомагнитные материалы и их применение в преобразователях // Физическая акустика. Т. 1: Методы и приборы ультразвуковых исследований. Ч. А. М.: Мир, 1966. С. 204–326.
  5. Мэзон У. Пьезоэлектрические кристаллы и их применения в ультраакустике. М.: Изд-во иностр. лит., 1952. 448 с.
  6. Панич А.Е. Пьезокерамические актюаторы. Ростов н/Д : РГУ, 2008. 160 с.
  7. Performance-drivencontrol of nano-motionsystems / by Roel J.E. Merry. Eindhoven University of Technology, 2009. 285 p.
  8. Ватульян А.О., Кирютенко А.Ю., Наседкин А.В. Плоские волны и фундаментальные решения в линейной термоэлектроупругости // ПМТФ. 1996. Т. 37. № 5. С. 135–142.
  9. Шляхин Д.А. Нестационарная осесимметричная задача электроупругости для анизотропного пьезокерамического радиально поляризованного цилиндра // Изв. РАН. МТТ. 2009. № 1. С. 73–81.
  10. Park J.-S., Kim J.-H. Analytical development of single crystal Macro Fiber Composite actuators for active twist rotor blades // Smart Mater. Struct. 2005. V. 14. № 4. P. 745–753. https://doi.org/10.1088/0964-1726/14/4/033
  11. Rado G.T. Mechanism of the magnetoelectric effect in an antiferromagnet // Phys. Rev. Lett. 1961. V. 6. № 11. P. 609–610. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.6.609
  12. Филиппов Д.А., Бичурин М.И., Петров В.М., Лалетин В.М., Srinivasan G. Резонансное усиление магнитоэлектрического эффекта в композиционных феррит-пьезоэлектрических материалах // Физика твердого тела. 2004. Т. 46. № 9. С. 1621–1627.
  13. Турик А.В., Чернобабов А.И., Родинин М.Ю. Гетерогенные мультиферроики: магнитоэлектричество и пьезоэффект // Физика твердого тела. 2009. Т. 51. № 8. С. 1580–1583.
  14. Хорошун Л.П., Маслов Б.П., Лещенко П.В. Прогнозирование эффективных свойств пьезоактивных композитных материалов. Киев: Наук. думка, 1989. 208 с.
  15. Гетман И.П. О магнитоэлектрическом эффекте в пьезокомпозитах // ДАН СССР. 1991. Т. 317. № 2. С. 341–343.
  16. Паньков А.А. Коэффициенты электромагнитной связи композита с пьезоактивными фазами // Физическая мезомеханика. 2011. Т. 14. № 2. С. 93–99.
  17. Турик А.В., Радченко Г.С. Максвелл–вагнеровская релаксация упругих констант в слоистых полярных диэлектриках // Физика твердого тела. 2003. Т. 45. № 6. С. 1013–1016.
  18. Турик А.В., Радченко Г.С. Гигантский пьезоэлектрический эффект в слоистых композитах сегнетоэлектрик–полимер // Физика твердого тела. 2003. Т. 45. № 9. С. 1676–1679.
  19. Ломакин В.А. Статистические задачи механики твердых деформируемых тел. М.: Наука, 1970. 139 с.
  20. Шеpмеpгоp Т.Д. Теоpия упpугости микpонеодноpодных сpед. М.: Наука, 1976. 399 с.
  21. Волков С.Д., Ставров В.П. Статистическая механика композитных материалов. Мн.: Изд–во Белорус. гос. ун-та, 1978. 208 с.
  22. Соколкин Ю.В., Ташкинов А.А. Механика деформирования и разрушения структурно неоднородных тел. М.: Наука, 1984. 115 с.
  23. Паньков А.А. Пьезокомпозиты и датчики: монография в 3-х частях / Ч. 1. Статистическая механика пьезокомпозитов. Пермь: Изд-во Пермского национального исследовательского политехнического университета, 2022. 234 с.
  24. Паньков А.А. Пьезокомпозиты и датчики: монография в 3-х ч. / Ч. 2. Пироэлектромагнитные эффекты композитов. Пермь: Изд-во Пермского национального исследовательского политехнического университета, 2023. 211 с.
  25. Pan’kov A.A. Effect of initial stress state on effective properties of piezocomposite // Mech. Comp. Mater. 2022. V. 58. № 5. P. 733–746. https://doi.org/10.1007/s11029-022-10063-w
  26. Победря Б.Е. Механика композиционных материалов. М.: Изд-во Моск. университета, 1984. 336 c.
  27. Гетман И.П. О магнитоэлектрическом эффекте в пьезокомпозитах // ДАН СССР. 1991. Т. 317. № 2. С. 341–343.
  28. Гетман И.П., Мольков В.А. Об эффективных характеристиках пьезоактивных композитов с цилиндрическими включениями // Прикладная математика и механика. 1992. Т. 35. № 3. С. 501–509.
  29. Коган Л.З., Мольков В.А. Магнитоэлектрические свойства волокнистых пьезокомпозитов // Изв. РАН. МТТ. 1996. № 5. С. 62–68.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download

Copyright (c) 2025 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).