現(xiàn)代工程技術(shù)的進步離不開傳感器技術(shù)的快速發(fā)展,壓電沖擊傳感器作為極端環(huán)境下使用的器件,對其性能的要求越來越高,但在靜態(tài)測試中精度比較高的傳感器,在動態(tài)測試中的誤差卻很大。壓電陶瓷在沖擊載荷作用下的力電特性直接影響壓電沖擊傳感器的的響應(yīng)特性,以往的分析與應(yīng)用兒乎都是基于壓電陶瓷的靜態(tài)特性,目前越來越多的研究指出在較大載荷作用下壓電陶瓷表現(xiàn)出顯著的非線性特性,尤其是對于在極端環(huán)境下使用的壓電沖擊傳感器,正確的認識壓電陶瓷在沖擊載荷作用下的力電特性,對認識壓電沖擊傳感器的動態(tài)響應(yīng)特性非常重要。本文圍繞壓電沖擊傳感器,通過實驗和數(shù)值模擬研究其的動態(tài)響應(yīng),主要包括以下幾方面內(nèi)容:采用SHPB實驗技術(shù),測試了不同加載速度下壓電陶瓷的力電響應(yīng)特性,分析了應(yīng)力、應(yīng)變和電荷的變化規(guī)律,結(jié)果表明壓電陶瓷在沖擊載荷作用下的力電特性有顯著的率相關(guān)性,隨著加載速度的增加,壓電陶瓷在卸載段產(chǎn)生電荷的能力逐漸降低,原因可能為壓電陶瓷在加載過程中產(chǎn)生了一定程度的損傷;在沖擊加載過程中,壓電陶瓷的壓電應(yīng)變常數(shù)d33會改變且大于準靜態(tài)測量結(jié)果,隨著加載速度的增大,d33有逐漸增大的趨勢。采用陶瓷材料常用的HJC本構(gòu)模型，... 

【文章來源】：中國工程物理研究院北京市

【文章頁數(shù)】：66 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

圖２．２壓電陶瓷壓電效應(yīng)示意圖??

壓電陶瓷進行極化處理，在強的極化電場作用下，根據(jù)外加電場的方向，重新排列了電??疇的極化方向，在外加電場去除后，壓電陶瓷剩余極化強度仍然很強，表現(xiàn)出較強的壓??電效應(yīng)，見圖２．２。??直流電場斤＼剩佘極化強沒??（〇）極化處理前?（ｚ〇極化處理中?（ｃ）極化處理后??＂二一１一！‘??？?士？？士一士?？土?？士？？?？，??丨?Ｔ極化方向丨??＋?＋?＋?＋?＋＃ｘ??圖２．２壓電陶瓷壓電效應(yīng)示意圖??由于壓電陶瓷內(nèi)部極化強度的存在，導(dǎo)致沿極化方向在壓電陶瓷內(nèi)表面產(chǎn)生束縛電??荷，同時外表面吸附極性相反的自由電荷，如圖１所示；束縛電荷和自由電荷數(shù)量相等??極性相反，壓電陶瓷總體表現(xiàn)出電中性。??當沿極化方向在壓電陶瓷上施加一個壓力時，壓電陶瓷產(chǎn)生壓縮形變，壓縮形變導(dǎo)??１０??

運動方程為：??ｍ＾－＾?＋?＋?ｋ｛ｘ?—?ｙ）?＝?０?ｄｔ２?ｄｔ?ｖ?＂??相對位移為ｚ?＝?ｚ－ｙ，將其帶入式（２－８），則可ｍ＋?ｃ—?＋?ｋｚ?＝?—ｍｄｔ２?ｄｔ?ｄｔ２??的變化按正弦規(guī)律變化，即ｙ（ｔ）?＝?Ｋｓｉｎ〇）ｔ），沖變?yōu)椋??＋?Ｊ?＋?＝?ｄｔ２?＾?ｎ?ｄｔ?ｎ?ｄｔ２??阻尼比，ｗ？＝?為傳感器的固有圓頻率，傳感ｙ?ｍ??

【參考文獻】：
期刊論文
[1]沖擊荷載下PZT5電疇翻轉(zhuǎn)研究[J]. 錢霖,張峰,徐先洋,陳江瑛.  功能材料. 2017(07)
[2]功能梯度層合板的主共振[J]. 劉志強,薛春霞.  重慶理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)). 2017(05)
[3]爆炸沖擊條件下的加速度傳感器結(jié)構(gòu)分析[J]. 劉波,楊黎明,李東杰.  傳感技術(shù)學(xué)報. 2017(02)
[4]高沖擊三維加速度傳感器橫向靈敏度校準技術(shù)[J]. 林然,張振海,李科杰,何昫,張亮.  振動.測試與診斷. 2016(05)
[5]基于狀態(tài)空間法壓電疊層梁的精確解[J]. 吳旭森,何博文,關(guān)群.  工程與建設(shè). 2015(01)
[6]高沖擊加速度傳感器橫向效應(yīng)及裝配方式所致測試誤差[J]. 豐雷,馬鐵華.  振動與沖擊. 2014(20)
[7]考慮材料非線性時壓電發(fā)電懸臂梁的主共振響應(yīng)分析[J]. 郭抗抗,曹樹謙.  振動與沖擊. 2014(19)
[8]高g值加速度傳感器的窄脈沖校準理論與方法[J]. 范錦彪,王燕,徐鵬,祖靜,林祖森.  傳感技術(shù)學(xué)報. 2012(09)
[9]壓電智能復(fù)合材料層板沖擊壓電響應(yīng)仿真分析[J]. 謝建宏.  壓電與聲光. 2011(03)
[10]高g值加速度沖擊試驗技術(shù)研究[J]. 徐鵬,祖靜,范錦彪.  振動與沖擊. 2011(04)

博士論文
[1]壓電球殼的若干多場耦合問題研究[D]. 劉承斌.浙江大學(xué) 2016
[2]層狀壓電復(fù)合結(jié)構(gòu)的動力特性研究[D]. 王建軍.北京交通大學(xué) 2016
[3]層合壓電結(jié)構(gòu)的瞬態(tài)響應(yīng)和波動特性分析[D]. 龔雙.湖南大學(xué) 2014

碩士論文
[1]高應(yīng)變載荷下壓電傳感器性能研究[D]. 王培德.大連理工大學(xué) 2016
[2]多層壓電陶瓷沖擊傳感器研究[D]. 劉天國.中國工程物理研究院 2016
[3]加速度傳感器微秒級窄脈沖校準系統(tǒng)的研究[D]. 李璽.中北大學(xué) 2015
[4]高固有頻率高g值加速度傳感器的動態(tài)幅頻特性校準研究[D]. 李婉蓉.中北大學(xué) 2014
[5]PVDF壓電元件力—熱—電耦合場分析[D]. 韓錦川.昆明理工大學(xué) 2014
[6]層狀壓電結(jié)構(gòu)熱—力—電耦合問題的狀態(tài)空間解[D]. 常瑞鼎.湘潭大學(xué) 2014
[7]壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)的動力學(xué)研究[D]. 劉淑彥.北京工業(yè)大學(xué) 2013
[8]壓電桿結(jié)構(gòu)的沖擊特性分析[D]. 張秀斌.北京交通大學(xué) 2013
[9]壓電陶瓷傳感器力學(xué)模型理論與試驗研究[D]. 梁麗娉.沈陽建筑大學(xué) 2011
[10]壓電陶瓷層合梁非線性動力學(xué)特性與控制研究[D]. 隋長偉.天津大學(xué) 2010



本文編號：3401383