基于自适应差分进化算法的弛豫铁电体PMN-0.33PT压电性能的优化研究

来源 :厦门大学 厦门大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lpy2009
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弛豫铁电体(1-x)Pb(Mg1/3Nb2/3)O3-xPbTO3(PMN-PT)具有高压电性、介电性以及机电耦合性能等特点,在军事、医疗、光电信息等诸多领域有着广阔的应用前景。随着铁电材料PMN-PT应用领域的不断推广,对其压电性能提出了越来越高的要求,使得PMN-PT压电性能的研究成为热点。然而,目前有关PMN-PT压电性能的研究主要集中在材料的制备方法的改进上,这些研究对实验条件具有比较高的依赖性,并且在制备过程中具有盲目性,对材料压电性能的提升也不够明显。  为了解决PMN-PT压电性能研究存在的问题,本文利用该材料压电性能和晶粒取向分布存在的定量关系,建立其宏观性能表征参数即压电应变系数和微观晶粒取向分布参数之间的数学优化模型,从优化的角度出发,探索PMN-PT材料压电性能的提升。并且由于PMN-PT材料在x=0.30-0.35处落入准同型相界,越靠近准同型相界处其压电性能越高,因此本文选取具有高压电性能的PMN-0.33PT材料进行压电性能优化。首先利用均匀化理论和有限元分析相结合的方法建立以压电应变系数(d15,d31,d33)为优化目标,以微观晶粒取向分布参数为优化变量的优化模型。其中,对于压电单晶材料,晶粒取向分布参数是决定每个晶粒极化方向的三个欧拉角(Φ,θ,ψ);而对于多晶材料,由于晶粒取向呈正态分布,其取向分布参数为正态分布函数的均值和方差(μ,σ)。然后,由于难以利用传统的计算方法对该压电应变系数优化模型的取向分布参数可能组合进行分析和求解,本文引入在连续解空间搜索效率非常高的自适应差分进化算法对模型进行求解。  为验证本文所提出的方法的有效性,从分别针对PMN-0.33PT单晶和多晶材料设计了多组仿真实验,并对实验结果进行分析。仿真实验表明:利用本文方法能较大幅度提升PMN-0.33PT材料的压电性能。本文的研究对于智能算法在铁电材料的性能分析问题上具有重要的参考价值。
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