压电半导体挠曲电效应分析的非线性高阶一致无网格法

【作者】 王冰冰； 赵明皞；

【机构】 郑州大学力学与安全工程学院； 郑州大学机械与动力工程学院；

【摘要】 压电半导体兼具压电和半导体材料的双层物理特性,被广泛应用于微机电系统中。当考虑微纳尺度下的应变梯度和挠曲电效应时,针对压电半导体非线性多场耦合行为数值分析方法仍然较为缺乏。本研究针对此类非线性四阶边值问题,提出了一种无网格伽辽金数值方法。为满足C1连续性要求,采用二次基函数的移动最小二乘(MLS)近似。针对半导体中的非线性漂移-扩散效应,提出了一种基于切线刚度的非线性迭代算法,其收敛性显著优于现有基于割线刚度的直接迭代方法。此外,首次通过拉格朗日乘子法将电中性条件引入伽辽金弱形式,以模拟电绝缘压电半导体的边界特性。同时,结合节点光滑导数的一致积分方案提升计算精度和效率。通过一系列数值算例验证了所提方法的有效性,并揭示了挠曲电系数、本征长度参数及初始载流子浓度对PSCs多场耦合行为的影响。更多还原