本文關(guān)鍵詞：壓電結(jié)構(gòu)纖維及其復(fù)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(zhuǎn)化,在傳感和驅(qū)動領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)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(yīng)用。壓電復(fù)合材料由壓電纖維和較柔軟的高分子材料復(fù)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(fù)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(dǎo)致壓電材料被擊穿。壓電結(jié)構(gòu)纖維復(fù)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(yīng)用,對其研究具有重要的意義。本論文致力于研究壓電結(jié)構(gòu)纖維及其復(fù)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(jié)果與近似的理論結(jié)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(yīng)力。(2)在考慮電極層厚度的基礎(chǔ)上,建立了一個預(yù)測壓電結(jié)構(gòu)纖維有效壓電系數(shù)的精化模型,推導(dǎo)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(jié)構(gòu)纖維復(fù)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)纖維的破壞及影響進行了分析。本論文的研究可為壓電結(jié)構(gòu)纖維及其復(fù)合材料的性能預(yù)測提供有價值的參考。
【關(guān)鍵詞】：壓電結(jié)構(gòu)纖維 電場分布 有效壓電系數(shù) 壓電結(jié)構(gòu)纖維復(fù)合材料
【學(xué)位授予單位】：燕山大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)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(jié)構(gòu)纖維及其復(fù)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(yīng)和本構(gòu)方程16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 壓電效應(yīng)16-17
• 2.2.1 正壓電效應(yīng)16
• 2.2.2 逆壓電效應(yīng)16-17
• 2.3 壓電本構(gòu)方程及邊界條件17-22
• 2.3.1 壓電方程的導(dǎo)出過程17-20
• 2.3.2 四類本構(gòu)方程和邊界條件20-22
• 2.4 壓電系數(shù)及其轉(zhuǎn)換關(guān)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(zhuǎn)換關(guān)系24-25
• 2.5 本章小結(jié)25-26
• 第3章 壓電結(jié)構(gòu)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(biāo)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(jié)36-37
• 第4章 壓電結(jié)構(gòu)纖維性能分析37-46
• 4.1 引言37
• 4.2 壓電結(jié)構(gòu)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(jié)45-46
• 第5章 壓電結(jié)構(gòu)纖維復(fù)合材料有效壓電系數(shù)分析46-54
• 5.1 引言46
• 5.2 壓電結(jié)構(gòu)纖維的制備方法46-47
• 5.3 壓電結(jié)構(gòu)纖維復(fù)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(fù)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(jié)構(gòu)纖維破壞的有限元分析及影響50-53
• 5.5 本章小結(jié)53-54
• 結(jié)論54-56
• 參考文獻56-60
• 致謝60

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本文編號：1116235