[发明专利]一种缝尖端区域最优压电薄膜摆放形状的确定方法及系统

说明书

本发明公开了一种缝尖端区域最优压电薄膜摆放形状的确定方法及系统，该方法包括：根据压电薄膜摆放形状曲线与最大极值面相垂直，得到压电薄膜摆放形状曲线的切线方程，并根据切线方程得到压电薄膜摆放曲线。本发明缝尖端区域最优压电薄膜摆放形状的确定方法及系统简单可行，得到的摆放形状可以保证缝结构的稳定性，同时获得缝尖端区域最有效的电荷输出。

技术领域

本发明涉及压电传感技术领域，特别涉及一种缝尖端区域最优压电薄膜摆放形状的确定方法及系统。

背景技术

缝尖端具有应力集中效应，可在缝尖端加入压电薄膜将力的信号转换为电信号输出，为了使压电薄膜更高效的获得电荷输出，压电薄膜在缝尖端的摆放形状尤为重要，然而现有技术并未涉及该方面的研究。

发明内容

本发明要解决的技术问题的是提供一种可以保证缝结构稳定性、同时获得缝尖端区域最有效的电荷输出的缝尖端区域最优压电薄膜摆放形状的确定方法。

为了解决上述问题，本发明提供了一种缝尖端区域最优压电薄膜摆放形状的确定方法，其包括：

根据压电薄膜摆放形状曲线与最大极值面相垂直，得到压电薄膜摆放形状曲线的切线方程，并根据切线方程得到压电薄膜摆放曲线。

作为本发明的进一步改进，所述根据压电薄膜摆放形状曲线与最大极值面相垂直，得到压电薄膜摆放形状曲线的切线方程，并根据切线方程得到压电薄膜摆放曲线之前，还包括：

根据极值面方向计算公式确定最大极值面的角度。

作为本发明的进一步改进，所述极值面方向计算公式为：

其中，σ_x、σ_y、τ_xy分别表示x方向应力，y方向应力和切应力，α₀为极值面角度，α₀和α₀+90°确定两个互相垂直的平面，一个是最大正应力所在平面，另一个是最小正应力所在平面，最大正应力角度由以下最大极值面判断条件确定，若约定|α₀|90°即α₀取值在±90°范围内，则

当σ_xσ_y时，σ_x与σ_max之间的夹角对应绝对值较小α₀；

当σ_xσ_y时，σ_x与σ_max之间的夹角对应绝对值较大α₀；

当σ_x＝σ_y时，则α₀＝-45°；

根据上述最大极值面判断条件得出，当θ∈(0°，120°)∪(240°，360°)时，最大极值面的角度为α₀+90°，当θ∈(120°，240°)时，最大极值面的角度为α₀，θ为α₀在极坐标中的角度值。

作为本发明的进一步改进，σ_x、σ_y、τ_xy可由以下应力场分布公式得到：

其中，为应力强度因子，σ为外部施加载荷，a为缝长度，r为缝尖端区域任一点到缝尖端的距离。

作为本发明的进一步改进，所述切线方程为：

其中，k为压电薄膜摆放曲线的切线斜率，进而得到的压电薄膜摆放曲线ρ(θ)为：