本文選題：PVDF復(fù)合材料 + 力、熱、電本構(gòu)方程�。� 參考：《昆明理工大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：有機(jī)壓電材料又稱壓電聚合物,最具代表性的壓電聚合物材料是聚偏氟乙烯(PVDF)(薄膜)。PVDF復(fù)合材料作為一種新型智能材料,由于它精良的壓電性、熱釋電性、鐵電性被經(jīng)常用于制作壓電傳感器、熱釋電傳感器的換能元件。因?yàn)橐訮VDF復(fù)合材料作為敏感元件的傳感器通常在復(fù)雜的環(huán)境下工作,極易受到多物理場(chǎng)耦合效應(yīng)的干擾;為進(jìn)一步提升PVDF復(fù)合材料的傳感性能,我們擬對(duì)其力-熱-電多物理場(chǎng)耦合特性進(jìn)行深入研究。PVDF薄膜作為典型的壓電材料,其壓電性已被廣泛而深入地研究;PVDF復(fù)合材料還具有優(yōu)良的熱釋電性,但是對(duì)其熱釋電特性的研究還很少,因此論文對(duì)其熱釋電特性進(jìn)行了闡述和分析,推導(dǎo)了 PVDF復(fù)合材料的熱釋電方程,再結(jié)合PVDF復(fù)合材料的壓電方程,推導(dǎo)出了 PVDF復(fù)合材料的力-熱-電本構(gòu)方程,并運(yùn)用有限元分析方法將該本構(gòu)方程轉(zhuǎn)換成能進(jìn)行耦合場(chǎng)分析的數(shù)學(xué)模型,對(duì)PVDF復(fù)合材料在力-熱-電多物理場(chǎng)的耦合特性的研究做了較好的前期工作。其次,選擇了有限元方法研究PVDF復(fù)合材料的熱釋電效應(yīng),對(duì)熱釋電效應(yīng)的耦合機(jī)理進(jìn)行分析,并利用ANSYS編程設(shè)計(jì),分析PVDF復(fù)合材料在熱場(chǎng)和電場(chǎng)的作用下的耦合特性;然后,在對(duì)PVDF復(fù)合材料的熱釋電效應(yīng)的研究基礎(chǔ)上,再結(jié)合其壓電效應(yīng),對(duì)PVDF復(fù)合材料的力-熱-電多物理場(chǎng)的耦合特性進(jìn)行研究,PVDF復(fù)合材料的力熱電耦合特性研究主要是基于高階位移場(chǎng)和高階溫度場(chǎng)理論建立力-電-熱耦合場(chǎng)的有限元?jiǎng)恿W(xué)方程,然后用ANSYS軟件對(duì)PVDF復(fù)合材料在力熱電耦合場(chǎng)中耦合特性的求解和分析,最終得出PVDF在力熱電三場(chǎng)的作用下的耦合特性;最后,從實(shí)驗(yàn)測(cè)試的角度進(jìn)一步研究力場(chǎng)、熱場(chǎng)、電場(chǎng)對(duì)于PVDF這種信息功能材料的壓電性能的影響。設(shè)計(jì)了產(chǎn)生力-熱-電三場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)方案,并開發(fā)后端數(shù)據(jù)處理系統(tǒng),并進(jìn)行系統(tǒng)測(cè)試與數(shù)據(jù)分析。研究結(jié)果顯示:PVDF復(fù)合材料具有非線性的力-熱-電耦合特性,在電極化可控下的溫度場(chǎng)中,PVDF復(fù)合材料的壓電性能不會(huì)隨著溫度升高而發(fā)生變化,PVDF壓電薄片在力場(chǎng)、電場(chǎng)一定的情況下,受到熱場(chǎng)的影響,會(huì)發(fā)生溫度漂移,經(jīng)計(jì)算PVDF復(fù)合材料在力熱電耦合場(chǎng)的作用下,發(fā)生溫度偏差的范圍為6.8%～7.4%。
[Abstract]:Organic piezoelectric material is also called piezoelectric polymer. The most representative piezoelectric polymer material is polyvinylidene fluoride (PVDF) (thin film. PVDF composite is a new type of intelligent material, because of its excellent piezoelectric properties, pyroelectric properties. Ferroelectric properties are often used to produce piezoelectric sensors, pyroelectric sensors for energy transfer elements. In order to improve the sensing performance of PVDF composites, the sensors with PVDF composite as sensitive components are easily disturbed by the coupling effect of multiple physical fields in complex environments. As a typical piezoelectric material, the piezoelectric properties of PVDF composite have been studied extensively and deeply. The PVDF composite has excellent pyroelectric properties. However, there are few studies on the pyroelectric properties of PVDF composites. Therefore, the pyroelectric properties of PVDF composites are described and analyzed in this paper. The pyroelectric equations of PVDF composites are derived, and the piezoelectric equations of PVDF composites are combined. The force-thermoelectric constitutive equation of PVDF composite is derived, and the constitutive equation is transformed into a mathematical model for coupled field analysis by using finite element analysis method. The study of coupling characteristics of PVDF composites in the multi-physical field was carried out in the early stage. Secondly, the finite element method is selected to study the pyroelectric effect of PVDF composites, and the coupling mechanism of the pyroelectric effect is analyzed, and the coupling characteristics of PVDF composites under the action of thermal field and electric field are analyzed by ANSYS programming. On the basis of the study of pyroelectric effect of PVDF composite, combined with its piezoelectric effect, The study on the Coupling characteristics of PVDF Composites based on the Theory of High-Order displacement Field and High-order temperature Field, it is mainly based on the theory of high-order displacement field and high-order temperature field to establish the mechanical-electric-thermal-mechanical coupling field. Finite element dynamic equation, Then, the coupling characteristics of PVDF composites in thermoelectric coupling field are solved and analyzed by ANSYS software. Finally, the coupling characteristics of PVDF under the action of three fields are obtained. Finally, the force field and thermal field are further studied from the point of view of experimental test. The effect of electric field on the piezoelectric properties of PVDF, an information functional material. The experimental scheme of generating force-thermoelectric three fields was designed, and the back-end data processing system was developed, and the system test and data analysis were carried out. The results show that: PVDF composites have nonlinear mechanical-thermoelectric coupling properties, and the piezoelectric properties of PVDF composites do not change with the increase of temperature in the temperature field controlled by polarization. When the electric field is constant, the temperature drift will occur under the influence of the thermal field. By calculating the temperature deviation of PVDF composite under the action of the thermoelectric coupling field, the range of temperature deviation is 6.8 and 7.4.
【學(xué)位授予單位】：昆明理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TB33

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：1820911