發(fā)布時間：2017-10-30 05:09

  本文關鍵詞：壓電結構纖維及其復合材料性能的研究

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【摘要】：壓電材料能夠?qū)崿F(xiàn)機械能與電能之間的相互轉化,在傳感和驅(qū)動領域有著廣泛的應用。單相壓電材料較脆,容易發(fā)生斷裂破壞,因而限制了其工程應用。壓電復合材料由壓電纖維和較柔軟的高分子材料復合,可以克服單相壓電材料的缺點。作為驅(qū)動器時,傳統(tǒng)的壓電纖維復合材料由于電場需要穿過基體材料才能達到壓電纖維,電場損耗大,因而需要很高的驅(qū)動電壓,容易導致壓電材料被擊穿。壓電結構纖維復合材料外加電場不需穿過基體材料,克服了傳統(tǒng)壓電材料的缺點,因而在工程實際中得到了越來越廣泛的應用,對其研究具有重要的意義。本論文致力于研究壓電結構纖維及其復合材料的性能,主要研究內(nèi)容如下:(1)利用有限元法計算了兩種不同壓電材料(PZT-2和PZT-5A)圓柱殼內(nèi)的電場,給出了電場強度沿徑向的分布,討論了壓電圓柱殼內(nèi)外壁電場強度隨壓電殼厚度的變化,計算了橫截面上的平均電場。有限元結果與近似的理論結果進行了對比,分析了兩者電場分布和平均電場的差異,并用有限元軟件分析了壓電圓柱殼軸向應力。(2)在考慮電極層厚度的基礎上,建立了一個預測壓電結構纖維有效壓電系數(shù)的精化模型,推導了有效壓電系數(shù)的解析表達式,討論了電極層和壓電殼厚度對有效壓電系數(shù)、夾持力和縱向一階固有頻率的影響。(3)采用多層圓柱殼模型,給出了壓電結構纖維復合材料有效壓電系數(shù)的解析表達式,分析了壓電殼厚度、壓電結構纖維體積分數(shù)和基體柔順系數(shù)等參數(shù)對有效壓電系數(shù)的影響規(guī)律。利用有限元軟件對壓電結構纖維的破壞及影響進行了分析。本論文的研究可為壓電結構纖維及其復合材料的性能預測提供有價值的參考。
【關鍵詞】：壓電結構纖維 電場分布 有效壓電系數(shù) 壓電結構纖維復合材料
【學位授予單位】：燕山大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ342.8;TB33
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題研究背景及其意義9-13
• 1.2 壓電結構纖維及其復合材料的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.3 本文的研究的主要內(nèi)容14-16
• 第2章 壓電效應和本構方程16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 壓電效應16-17
• 2.2.1 正壓電效應16
• 2.2.2 逆壓電效應16-17
• 2.3 壓電本構方程及邊界條件17-22
• 2.3.1 壓電方程的導出過程17-20
• 2.3.2 四類本構方程和邊界條件20-22
• 2.4 壓電系數(shù)及其轉換關系22-25
• 2.4.1 壓電參數(shù)的物理意義22-24
• 2.4.2 壓電系數(shù)之間的轉換關系24-25
• 2.5 本章小結25-26
• 第3章 壓電結構纖維內(nèi)部電場分布26-37
• 3.1 引言26
• 3.2 電場強度的理論模型26-28
• 3.3 電場強度的有限元分析28-36
• 3.3.1 壓電材料參數(shù)的坐標變換28-30
• 3.3.2 單元的選取30-31
• 3.3.3 算例及分析31-36
• 3.4 本章小結36-37
• 第4章 壓電結構纖維性能分析37-46
• 4.1 引言37
• 4.2 壓電結構纖維有效壓電系數(shù)37-40
• 4.3 算例及分析40-45
• 4.3.1 電極層厚度對有效壓電系數(shù)的影響40-41
• 4.3.2 壓電殼厚度對有效壓電系數(shù)的影響41-42
• 4.3.3 壓電殼厚度對夾持力的影響42-44
• 4.3.4 電極和壓電殼厚度對縱向共振頻率的影響44-45
• 4.4 本章小結45-46
• 第5章 壓電結構纖維復合材料有效壓電系數(shù)分析46-54
• 5.1 引言46
• 5.2 壓電結構纖維的制備方法46-47
• 5.3 壓電結構纖維復合材料的有效壓電系數(shù)47-50
• 5.3.1 壓電陶瓷體積含量對復合材料的影響49
• 5.3.2 聚合物基體對有效壓電系數(shù)的影響49-50
• 5.4 壓電結構纖維破壞的有限元分析及影響50-53
• 5.5 本章小結53-54
• 結論54-56
• 參考文獻56-60
• 致謝60

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本文編號：1116235