1-3球冠形壓電復(fù)合材料既繼承了平面型壓電復(fù)合材料聲阻抗數(shù)值低、瞬態(tài)響應(yīng)級(jí)數(shù)高以及機(jī)電耦合系數(shù)大等特點(diǎn),又可以在水平方向與垂直方向?qū)崿F(xiàn)高頻、大開(kāi)角發(fā)射,并且由其制備的水聲換能器聲信號(hào)傳播距離遠(yuǎn)、信號(hào)強(qiáng)度高,在有效輻射面內(nèi)能滿(mǎn)足寬波束發(fā)射的要求,對(duì)海洋監(jiān)測(cè)與資源的開(kāi)發(fā)具有十分重要的意義。本文通過(guò)有限元模型對(duì)1-3球冠形壓電復(fù)合材料內(nèi)部的結(jié)構(gòu)參數(shù)與其機(jī)電性能和振動(dòng)模態(tài)等性能之間的相關(guān)性進(jìn)行了深入的研究,采用改進(jìn)的排列-澆注法制備了1-3球冠形壓電復(fù)合材料并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論相結(jié)合。結(jié)果表明:實(shí)驗(yàn)結(jié)果能夠有效的驗(yàn)證有限元結(jié)果。PZT體積分?jǐn)?shù)增大時(shí),1-3球冠形壓電復(fù)合材料的ε_(tái)r與d_(33)呈現(xiàn)增大趨勢(shì),而tanδ與g_(33)逐漸減小,同時(shí)諧振頻率和諧振點(diǎn)電導(dǎo)峰值均增大。隨著PZT寬高比的增大,1-3球冠形壓電復(fù)合材料的ε_(tái)r逐漸減小,tanδ逐漸增大,但諧振頻率和壓電性能的變化程度十分微弱。1-3球冠形壓電復(fù)合材料的介電、壓電性能與諧振頻率不受PZT柱基元個(gè)數(shù)影響,但基元個(gè)數(shù)數(shù)量增多使得諧振點(diǎn)電導(dǎo)峰值增大。在-20~oC-60~o C的環(huán)境溫度范圍內(nèi),1-3球冠形壓電復(fù)合材料具有較好的溫度穩(wěn)定性。在利用化學(xué)鍍方法對(duì)壓電復(fù)合材料表面施鍍電極的過(guò)程中,當(dāng)施鍍溫度為40~oC,施鍍時(shí)間為9min-11min時(shí),鍍層表面電極最致密、勻和,電極厚薄最合適,性能最好。對(duì)1-3球冠形水聲換能器建立有限元模型并系統(tǒng)的研究了其結(jié)構(gòu)參數(shù)與其指向性以及發(fā)射電壓響應(yīng)性能之間的相關(guān)性,隨后以1-3球冠形壓電復(fù)合材料為功能元件制備了1-3球冠形水聲換能器,并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果與理論相結(jié)合。結(jié)果表明:1-3球冠形水聲換能器的-3 dB開(kāi)角均遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于平面型水聲換能器;隨著PZT體積分?jǐn)?shù)的增加,1-3球冠形水聲換能器在水平與垂直方向開(kāi)角與發(fā)射電壓響應(yīng)峰值逐漸增大。當(dāng)PZT體積分?jǐn)?shù)為70.6%時(shí),水聲換能器-3 dB開(kāi)角與發(fā)射電壓響應(yīng)峰值達(dá)到最大值,性能最佳;PZT柱寬高比對(duì)于換能器指向性性能影響較小,水聲換能器水平與垂直方向-3 dB開(kāi)角指向性均大于30~o,當(dāng)PZT柱寬高比為0.57時(shí),換能器指向性最好,發(fā)射電壓響應(yīng)曲線(xiàn)最為穩(wěn)定。
【學(xué)位單位】：濟(jì)南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：TB33
【部分圖文】：

圖 1.1 平面壓電復(fù)合材料的十種連通方式在這十種模型中，應(yīng)用最普遍、影響最深遠(yuǎn)、的是平面 1-3 型壓電復(fù)合壓電陶瓷柱壓電陶瓷包覆于聚合物基體內(nèi)部并以一維連通的方式平行嵌入維連通的非壓電相基體中形成平面 1-3 型壓電復(fù)合材料。由于作為非壓電相的聚合物具有較高的吸聲系數(shù)與粘滯系數(shù)，因此在壓電陶瓷產(chǎn)生壓電效應(yīng)時(shí)以有效的阻止聲信號(hào)在壓電陶瓷徑向方向的傳播，達(dá)到抑制徑向振動(dòng)、增強(qiáng)厚度振動(dòng)模態(tài)的目的。另外平面 1-3 型壓復(fù)較其它類(lèi)型的壓電復(fù)合材料不僅聲阻抗低、Qm值高等優(yōu)點(diǎn)，還具有 PZT 等無(wú)可比擬的柔軟性，能夠加工成求的各種形狀，并通過(guò)調(diào)節(jié)其內(nèi)部壓電相與基體相的體積分?jǐn)?shù)實(shí)現(xiàn)控制其性目的[21]。正是基于以上的亮點(diǎn)，平面 1-3 型壓電復(fù)合材料成為了科學(xué)研究熱一。壓電復(fù)合材料內(nèi)部壓電效應(yīng)首先是由居里兄弟在 1880 年通過(guò)電氣石發(fā)

圖 1.2Ansys 分析流程圖研究?jī)?nèi)容有限元分析，研究PZT體積分?jǐn)?shù)、寬高比以及基壓電復(fù)合材料的機(jī)電性能和振動(dòng)模態(tài)等性能的相換能器的指向性與發(fā)射電壓響應(yīng)；改進(jìn)的排列-澆注法制備 1-3 球冠形壓電復(fù)合材料元個(gè)數(shù)以及環(huán)境溫度與其壓電、介電、諧振頻率討，并與結(jié)果進(jìn)行對(duì)比分析；3球冠形壓電復(fù)合材料作為功能元件制備了水聲換分?jǐn)?shù)、寬高比對(duì)換能器指向性與發(fā)射電壓響應(yīng)的換能器性能之間的相關(guān)性，為換能器的應(yīng)用研究

圖 2.1 1-3 球冠形壓電復(fù)合材料制備流程圖3 球冠形水聲換能器的制備-3 球冠形壓電復(fù)合材料為功能元件，通過(guò)匹配背襯層并灌注聚了幾何尺寸為75mm×75mm、球冠開(kāi)角為39°的1-3球冠形水聲步驟如下所示：配背襯層。以聚氨酯硬質(zhì)泡沫為背襯層，將 1-3 球冠形壓電復(fù)將兩條導(dǎo)線(xiàn)引向底座中央。將背襯層通過(guò)粘接劑固定于中間導(dǎo)線(xiàn)從中引出，置于模具之中。制封裝材料。對(duì)模具涂抹脫模劑，將聚氨酯、色漿與固化劑分取適量并充分?jǐn)嚢�。邊攪拌邊抽真空處理，并使溫度穩(wěn)定于 8注。將模具平放在試驗(yàn)臺(tái)，將封裝材料緩慢注入模具，直至封

【參考文獻(xiàn)】

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1 孫敏;1-3型壓電復(fù)合材料及換能器研究[D];濟(jì)南大學(xué);2012年

本文編號(hào)：2811084