Modélisation et étude expérimentale des déformations longitudinale et transversale de piézocéramiques soumises à une contrainte mécanique

Abstract

Aujourd’hui, les matériaux piézoélectriques capables de convertir l’énergie électrique en énergie mécanique (et réciproquement) sont très largement utilisés pour des applications de transduction ultrasonore, ainsi que pour des applications de capteurs et d’actionneurs. L’effet d’une contrainte externe, qu’elle soit de nature électrique ou mécanique, peut conduire ces matériaux, soit à une diminution, soit à une amélioration des performances du dispositif [1]. Dans le but de comprendre et prédire l’évolution des constantes de matériaux piézoélectriques sous contrainte mécanique, nous avons récemment développé un modèle décrivant les phénomènes hystérétiques de piézocéramiques au travers de l’évolution des murs de domaines [2]. Afin de confronter notre modélisation à des matériaux couramment utilisés en transduction ultrasonore, un dispositif expérimental de mesure de déformations longitudinale et transversale sous contrainte mécanique a été mis en place. Les essais ont été menés sur deux céramiques, l’une du type ‘mou’ (Pz21) et l’autre du type ‘dur’ (Pz26). L’évaluation du coefficient de Poisson effectif de chacune des céramiques a montré que leur déformation ne peut être considérée isochore. De plus, l’évolution de ce coefficient semble directement liée aux mouvements des murs de domaines. Ainsi, ce travail apporte une meilleure compréhension des phénomènes hystérétiques dans les matériaux de type piézocéramique et permet une meilleure modélisation des déformations de ces matériaux. [1] Q.M. Zhang and J. Zhao, “Electromechanical properties of lead zirconate titanate piezoceramics under the influence of mechanical stresses”, IEEE Trans. Ultrason. Ferroelectr. Freq. Contr., vol. 46, p. 1518-1526, 1999. [2] M. Domenjoud, M. Lematre, L.P. Tran-Huu-Hue and G. Feuillard, “Modelling of Hysteretic Behaviour of Piezoceramic Materials under External Electrical and Mechanical Stress”, Advances in Applied Ceramics, vol. 112, p. 103-107, 2013