Հայաստանի ատենախոսությունների բաց մատչելիության պահոց = Open Access Repository of the Armenian Electronic Theses and Dissertations (Armenian ETD-OA) = Репозиторий диссертаций Армении открытого доступа

Սահքի էլեկտրաառաձգական ալիքի լայնույթափուլային փոխազդեցությունը և տեղայնացումը մերձմակերևութային թույլ անհամասեռություններով պյեզոէլեկտրական շերտում

Հունանյան, Արեգ Արմենի (2017) Սահքի էլեկտրաառաձգական ալիքի լայնույթափուլային փոխազդեցությունը և տեղայնացումը մերձմակերևութային թույլ անհամասեռություններով պյեզոէլեկտրական շերտում. PhD thesis, ՀՀ ԳԱԱ Մեխանիկայի ինստիտուտ.

[img]
Preview
PDF (Thesis)
Available under License Creative Commons Attribution.

Download (2922Kb) | Preview
    [img]
    Preview
    PDF (Abstract)
    Available under License Creative Commons Attribution.

    Download (982Kb) | Preview

      Abstract

      С развитием новых направлений современной техники, приложения упругих волновых явлений становятся все более важными в областях радиоэлектроники, измерительной техники и электросвязи (обработка, усиление и задержка сигнала), в медицине (лучевая диагностика, ультразвуковое измерение), в металловедении (неразрушающий контроль элементов конструкций из разных материалов), а также в других областях. Для мобильных телефонов, компьютеров и других точных измерительных приборов радиоэлектроники, каждый месяц производятся миллионы волновых фильтров, резонаторов и периодических топографических решеток. Как правило, эти технические элементы являются простыми: однослойными, или композитными: многослойными волноводами, составленными из слоев разных материалов. Использование разных материалов в слоистых волноводах часто исходит из технической необходимости: достичь нужных характеристик волнового поля. В теории связанных физико-механических полей проблема исследования распространения высокочастотных волн в волноводах становится особенно важной при исследованиях динамических процессов в слоистых волноводах, со стыками между слоями негладких (шероховатых, волнистых) поверхностей. Из-за характера неоднородностей в приповерхностной зоне стыка слоев, конструкционный элемент реагирует граничным электромеханическим или термомеханическим нагрузкам по-разному. Это в свою очередь приводит к дополнительным поверхностным нагрузкам по сравнению со случаем модели идеально гладкой поверхности однородного материала. Приповерхностные неоднородности в сэндвиче многослойного волновода рассматриваются, или как кусочно-однородные структуры, когда характеристики материала представляются кусочно-постоянными функциями, или как непрерывная неоднородность материала любого слоя волновода, когда те же характеристики материала описываются непрерывными функциями. Независимо от способа обработки поверхности, количественно линейные характеристики шероховатости находятся в пределах: шаг-от 1 до 1000 мкм, а высота-от 0,01 до 10 мкм. Поэтому актуальны именно исследования волновых явлений с учетом слабой неоднородности материалов слоев волновода и слабой геометрической неоднородности поверхностей этих слоев. Цель диссертационной работы. Целью диссертационной работы является выявление новых волновых явлений, обусловленных слабой геометрической неоднородностью поверхности слоя или слабой неоднородности материала в приповерхностной зоне. Также дать характеристику амплитудно-фазовому взаимодействию при распространении нормальной электроактивной сдвиговой упругой волны в пьезоэлектрическом волноводе. Благодаря вводу виртуальных сечений и гипотез магнето-упругих слоистых структур (гипотезы MELS-Magneto Elastic Layered Systems): Исследовались влияния продольной, слабой неоднородности упругого материала слоя-волновода на распространение нормального сдвигового волнового сигнала, при механически свободных или жестко защемленных граничных условиях. Исследовано влияние механически свободных, геометрически слабо-неоднородных поверхностей упругого слоя-волновода на распространение нормальной сдвиговой волны. Исследуется распространение высокочастотного электро-упругого волнового сигнала в композитном волноводе из однородного пьезоэлектрического слоя с шероховатыми поверхностями, которые залиты соответственно идеальным проводником и идеальным диэлектриком. Обсуждены как воздействие шероховатости поверхностей, так и эффект поверхностного сглаживания разными материалами (эффект разных физико-механических граничных условий) на процесс распространения высокочастотного электро-упругого нормального сигнала. Численно исследованы амплитудные распределение и частотная характеристика волнового поля в композитном волноводе при распространении нормального волнового сигнала. Приведены дисперсионные зависимости для всех возможных характерных мод волны упругого сдвига. Оказывается, что в случае распространения медленных волн, для волн определенных длин возникает зона частотного молчания. Результаты, полученные в диссертационной работ, могут быть применены в разработках новых волновых фильтров, резонаторов и периодических топографических решеток, при совершенствовании работы мобильных телефонов, компьютеров и других точных измерительных приборов радиоэлектроники. Работа в целом может быть включена в список спецкурсов в магистратуре по соответствующим специальностям технических вузов. Обоснованность и достоверность полученных результатов обеспечена использованием известных методов конструкционного моделирования и математической постановки задач,а также проведенным сравнительным анализом полученных результатов при предельных значениях физических характеристик материалов и геометрических характеристик волновода с результатами известных классических задач. Приведенные в диссертации основные результаты докладывались и обсуждались: На семинаре профессора М.В. Белубекяна “Волновые процессы” в Институте механики НАН Армении, На IV международной конференции “Актуальные проблемы механики сплошной среды”, 21-26 сентября, Цахкадзор, Армения, 2015, На Международной Школе-Конференции Молодых Ученых "Механика 2016”, 3-7 октября, Цахкадзор, 2016. Диссертационная работа в целом обсуждена на семинаре отдела “Динамика деформируемых систем и связанные поля” Института Механики НАН Армении и рекомендована к представлению защите общим семинаром Института Механики НАН Армении. По теме диссертационной работы автором опубликовано восемь научных статей, из которых шесть с соавторами. Список работ приводится в конце автореферата. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы из 112 наименований. Общий объём диссертации составляет 142 страниц, 50 рисунков, в том числе 38 графиков. Во введении приведено краткое описание состояния проблемы распространения нормальных волн в волноводе с неоднородностями материала и геометрии поверхностей. Приведен краткий обзор работ, в которых разными методами исследуются поведение волновых характеристик под влиянием поверхностных неоднородностей. Обоснована актуальность темы, представлена цель диссертационной работы и дано краткое описание содержания диссертационной работы по главам. The efficiency of virtual cross sections method and MELS (Magneto Elastic Layered Systems) hypotheses application is demonstrated on model problem about distribution of wave field in thin surface layers of waveguide, when plane wave signal is propagating in it. It is shown, that asymmetric localization of wave energy for clamped smooth surfaces of isotropic elastic layer occurs near the mid-surface layer, as well as symmetric localization occurs near the middle plane of the layer in the case of mechanically free smooth surfaces. The weak inhomogeneity of mechanically free surfaces leads to distortion of propagating normal wave in virtually cut thin layers of variable thickness of the near-surface zones of the waveguide. Given formation coefficients, given frequencies, frequency zones of transmission and zones of prohibited frequencies of formed wave appear. It is shown, that weak surface inhomogeneities lead to instability of propagating normal wave signal in waveguide. Localization of horizontally polarized shear (SH) shortwave (high frequency) signals occurs in the near-surface zone of variable thickness. The presence of surface weak inhomogeneity can lead to the prohibition of wave of certain lengths depending on the linear characteristics of the inhomogeneity parameters.The use of virtual sections and the introduction of hypotheses MELS, unlike the direct solution, allow identifying near-surface wave effects: effective dynamic load, internal resonance, frequency prohibition, etc. Surface heterogeneities of homogeneous elastic waveguide convert plane wave signal into non-attenuated oscillatory motion and distort the plane front of the signal. At the wave signal lengths comparable with the characteristic dimensions of the non-smooth surface of the waveguide, due to the presence of surface heterogeneities oscillations occur in the near-surface layer, which in the cases of certain wave signal lengths can cause internal resonance. It is shown, that the filling of the surface roughness with different materials, leads to the appearance of up to four wave modes, depending on the length of the wave signal. It turns out, that if the surface roughness of the piezoelectric layer is not filled only one shortwave mode occurs. Due to interaction of the wave signal with surface roughness, the amplitude distribution for both slow and fast short waves (at high-frequency oscillations) has maximum values in formed near-surface inhomogeneous thin layers. This corresponds to the case, when the length of propagating wave signal is comparable with the linear characteristics of surface roughness.Հարթ ալիքային ազդանշանի տարածման դեպքում ալիքատարի մերձմակերևութային բարակ շերտերում ալիքային դաշտի բաշխման ուսումնասիրման պարզ մոդելային խնդրի օրինակի վրա ուսումնասիրվում է վիրտուալ հատումների մեթոդի և MELS վարկածների (MELS-Magneto Elastic Layered Systems) կիրառման արդյունավետությունը: Ցույց է տրվում, որ ամրակցված հարթ մակերևույթներով իզոտրոպ առաձգական շերտում առաջանում է ալիքային էներգիայի անհամաչափ տեղայնացում ալիքատարի միջնամասում, իսկ մեխանիկորեն ազատ հարթ մակերևույթների դեպքում միևնույն տեղում առաջանում է արդեն համաչափ տեղայնացում: Վիրտուլ առանձնացված, փոփոխական հաստությամբ մերձմակերևութային բարակ շերտերում մեխանիկորեն ազատ մակերևույթների թույլ անհամասեռությունը բերում է տարածվող նորմալ ալիքի և՛ աղավաղման, և՛ մասնակի տեղայնացման: Հայտնվում են ձևափոխման բերված գործակիցներ, բերված հաճախություններ, ձևավորվող ալիքի հաճախականության թողունակության և արգելման գոտիներ: Ցույց է տրվում, որ մակերևութային թույլ անհամասեռությունները ալիքատարում բերում են տարածվող նորմալ ալիքի անկայունության: Փոփոխական հաստությամբ մերձմակերևութային շերտում առաջանում է սահքի հորիզոնական (SH) կարճալիքային (բարձր հաճախականային) ազդանշանների տեղայնացում: Մակերևութային թույլ անհամասեռության առկայությունը կարող է տանել որոշակի երկարությամբ՝ կախված անհամասեռության գծային բնութագրերից, ալիքների ալգելքի: Վիրտուալ հատումների և MELS վարկածների օգտագործումը՝ ի տարբերություն ուղիղ լուծման, հնարավորություն է տալիս ի հայտ բերել մերձմակերևութային ալիքային էֆեկտները. դինամիկ բեռնավորում, ներքին ռեզոնանս, հաճախականության արգելման գոտիներ և այլն: Համասեռ առաձգական ալիքատարի մակերևութային անհամասեռությունները հարթ ալիքային ազդանշանը վերածում են ալիքատարի խորությամբ չմարող տատանողական շարժման և աղավաղում են ազդանշանի հարթ ճակատը: Ալիքային ազդանշանի` ալիքատարի մակերևույթների անհարթության չափերի հետ համեմատելի երկարության դեպքում, մակերևութային անհարթությունների առկայությունը բերում է մերձմակերևութային շերտում նոր տատանման, որը որոշակի երկարությամբ ալիքների դեպքում կարող է հանգեցնել ներքին ռեզոնանսի: Ցույց է տրվում, որ մակերևութային թույլ անհամասեռությունների տարբեր նյութերով լցնելը բերում է մինչև չորս ալիքային ձևերի հայտնվելուն: Եթե մակերևութային անհարթությունները լցված չեն, ալիքատարում առաջանում է միայն մեկ կարճալիքային ձև: Ձևավորվող մերձմակերևութային անհամասեռ բարակ շերտերում մակերևութային անհարթությունների հետ ալիքային ազդանշանի փոխազդեցության հետևանքով և՛ դանդաղ, և՛ արագ կարճ (բարձր հաճախականության տատանումներ) ալիքների ամպլիտուդային բաշխումները ունեն առավելագույն արժեքները: Սա համապատասխանում է մակերևութային անհարթության գծային բնութագրերի հետ համեմատելի երկարությամբ ալիքային ազդանշանի տարածման դեպքին:

      Item Type: Thesis (PhD)
      Additional Information: Սահքի էլեկտրաառաձգական ալիքի լայնույթափուլային փոխազդեցությունը և տեղայնացումը մերձմակերևութային թույլ անհամասեռություններով պյեզոէլեկտրական շերտում: Амплитудно-фазовое взаимодействие и локализация сдвиговой электроупругой волны в пьезоэлектрическом волноводе с приповерхностными слабо-неоднородностями.
      Uncontrolled Keywords: Հունանյան Արեգ Արմենի, Унанян Арег Арменович
      Subjects: Physics
      Divisions: UNSPECIFIED
      Depositing User: NLA Circ. Dpt.
      Date Deposited: 22 Nov 2017 16:30
      Last Modified: 04 Apr 2018 11:12
      URI: http://etd.asj-oa.am/id/eprint/5992

      Actions (login required)

      View Item