壓電單晶復(fù)合材料具有高壓電常數(shù)、高機(jī)電耦合系數(shù)和高水聲優(yōu)值的優(yōu)點(diǎn),是制備下一代高性能水聲換能器的關(guān)鍵材料。不同類型水聲換能器對(duì)壓電材料的性能要求不同,如何根據(jù)器件的具體應(yīng)用需求,對(duì)壓電單晶復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和性能進(jìn)行設(shè)計(jì)具有重要的意義。為了能夠準(zhǔn)確選取壓電單晶復(fù)合材料中壓電相與聚合物相兩相材料特性、體積分?jǐn)?shù)、寬高比等參數(shù),本文提出了一種將解析模型與數(shù)值模型相結(jié)合的綜合設(shè)計(jì)方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證實(shí),該方法可以準(zhǔn)確高效地預(yù)測(cè)1-3型壓電單晶復(fù)合材料的振動(dòng)模態(tài)及宏觀等效性能參數(shù),實(shí)現(xiàn)以器件性能為指導(dǎo)的壓電單晶復(fù)合材料設(shè)計(jì)。 

【文章來源】：人工晶體學(xué)報(bào). 2020,49(06)北大核心

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

壓電單晶復(fù)合材料各項(xiàng)宏觀等效性能參數(shù)隨壓電相體積分?jǐn)?shù)的變化規(guī)律(a)壓電常數(shù)d31、d33和靜水壓壓電電荷常數(shù)dh;(b)介電常數(shù)ε33、機(jī)電耦合系數(shù)kt、聲阻抗Z;(c)壓電電壓常數(shù)g33、水聲優(yōu)值d33·g33、靜水壓壓電電壓常數(shù)gh、靜水壓靈敏優(yōu)值dh·gh。其中,實(shí)線“—”表示解析解,散點(diǎn)表示數(shù)值解

作為解析法的有效補(bǔ)充,利用數(shù)值模型對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行設(shè)計(jì)的方法可推廣至不同形狀(如平面狀、曲面狀、球冠狀、弧線狀)、不同種排列方式(如非均勻、不規(guī)則排列)、各種壓電小柱形狀參數(shù)(如方形、三角形、六邊形)的壓電單晶復(fù)合材料的設(shè)計(jì),準(zhǔn)確高效地確立壓電單晶復(fù)合材料的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。圖4 200 kHz～1 MHz頻率范圍內(nèi),1-3型壓電單晶復(fù)合材料的阻抗-頻率特性曲線,圖中圓圈狀點(diǎn)畫線代表實(shí)驗(yàn)測(cè)試曲線,實(shí)線代表數(shù)值仿真曲線

1-3型壓電單晶復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)示意圖如圖1(a)所示,壓電單晶小柱平行排列于環(huán)氧樹脂基體中,壓電單晶復(fù)合材料與Z軸垂直的上、下表面被覆金屬電極,柱寬為a,周期為d,壓電相的體積分?jǐn)?shù)可表示為v=a2/d2。利用有限元軟件ANSYS,為便于計(jì)算,建立1/4周期有限元模型,如圖1(b)所示,分析1-3型壓電單晶復(fù)合材料的性能。通過模態(tài)分析、諧響應(yīng)分析分別得出1-3型壓電單晶復(fù)合材料的振動(dòng)模態(tài)、諧振頻率和阻抗頻譜,通過靜態(tài)分析分別提取模型各個(gè)單元的單元體積、單元應(yīng)力、單元電位移、單元電場(chǎng),采用體積加權(quán)平均的方法[15]計(jì)算可得1-3型壓電單晶復(fù)合材料的各項(xiàng)宏觀等效性能參數(shù)。

【參考文獻(xiàn)】：
碩士論文
[1]用于醫(yī)學(xué)超聲的1-3型壓電復(fù)合材料性能的有限元研究[D]. 解妙霞.陜西師范大學(xué) 2006



本文編號(hào)：3236719