压电结构纤维及其复合材料性能的研究

发布时间：2017-10-30 05:09

  本文关键词：压电结构纤维及其复合材料性能的研究

  更多相关文章： 压电结构纤维 电场分布 有效压电系数 压电结构纤维复合材料

【摘要】：压电材料能够实现机械能与电能之间的相互转化,在传感和驱动领域有着广泛的应用。单相压电材料较脆,容易发生断裂破坏,因而限制了其工程应用。压电复合材料由压电纤维和较柔软的高分子材料复合,可以克服单相压电材料的缺点。作为驱动器时,传统的压电纤维复合材料由于电场需要穿过基体材料才能达到压电纤维,电场损耗大,因而需要很高的驱动电压,容易导致压电材料被击穿。压电结构纤维复合材料外加电场不需穿过基体材料,克服了传统压电材料的缺点,因而在工程实际中得到了越来越广泛的应用,对其研究具有重要的意义。本论文致力于研究压电结构纤维及其复合材料的性能,主要研究内容如下:(1)利用有限元法计算了两种不同压电材料(PZT-2和PZT-5A)圆柱壳内的电场,给出了电场强度沿径向的分布,讨论了压电圆柱壳内外壁电场强度随压电壳厚度的变化,计算了横截面上的平均电场。有限元结果与近似的理论结果进行了对比,分析了两者电场分布和平均电场的差异,并用有限元软件分析了压电圆柱壳轴向应力。(2)在考虑电极层厚度的基础上,建立了一个预测压电结构纤维有效压电系数的精化模型,推导了有效压电系数的解析表达式,讨论了电极层和压电壳厚度对有效压电系数、夹持力和纵向一阶固有频率的影响。(3)采用多层圆柱壳模型,给出了压电结构纤维复合材料有效压电系数的解析表达式,分析了压电壳厚度、压电结构纤维体积分数和基体柔顺系数等参数对有效压电系数的影响规律。利用有限元软件对压电结构纤维的破坏及影响进行了分析。本论文的研究可为压电结构纤维及其复合材料的性能预测提供有价值的参考。
【关键词】：压电结构纤维 电场分布 有效压电系数 压电结构纤维复合材料
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ342.8;TB33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 课题研究背景及其意义9-13
• 1.2 压电结构纤维及其复合材料的研究现状13-14
• 1.3 本文的研究的主要内容14-16
• 第2章 压电效应和本构方程16-26
• 2.1 引言16
• 2.2 压电效应16-17
• 2.2.1 正压电效应16
• 2.2.2 逆压电效应16-17
• 2.3 压电本构方程及边界条件17-22
• 2.3.1 压电方程的导出过程17-20
• 2.3.2 四类本构方程和边界条件20-22
• 2.4 压电系数及其转换关系22-25
• 2.4.1 压电参数的物理意义22-24
• 2.4.2 压电系数之间的转换关系24-25
• 2.5 本章小结25-26
• 第3章 压电结构纤维内部电场分布26-37
• 3.1 引言26
• 3.2 电场强度的理论模型26-28
• 3.3 电场强度的有限元分析28-36
• 3.3.1 压电材料参数的坐标变换28-30
• 3.3.2 单元的选取30-31
• 3.3.3 算例及分析31-36
• 3.4 本章小结36-37
• 第4章 压电结构纤维性能分析37-46
• 4.1 引言37
• 4.2 压电结构纤维有效压电系数37-40
• 4.3 算例及分析40-45
• 4.3.1 电极层厚度对有效压电系数的影响40-41
• 4.3.2 压电壳厚度对有效压电系数的影响41-42
• 4.3.3 压电壳厚度对夹持力的影响42-44
• 4.3.4 电极和压电壳厚度对纵向共振频率的影响44-45
• 4.4 本章小结45-46
• 第5章 压电结构纤维复合材料有效压电系数分析46-54
• 5.1 引言46
• 5.2 压电结构纤维的制备方法46-47
• 5.3 压电结构纤维复合材料的有效压电系数47-50
• 5.3.1 压电陶瓷体积含量对复合材料的影响49
• 5.3.2 聚合物基体对有效压电系数的影响49-50
• 5.4 压电结构纤维破坏的有限元分析及影响50-53
• 5.5 本章小结53-54
• 结论54-56
• 参考文献56-60
• 致谢60

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本文编号：1116235