重复荷载下水泥基压电复合材料的电学响应及失效分析

发布时间：2022-10-19 17:27

　　水泥基压电复合材料的出现有望解决在线监测中传统智能材料与混凝土之间的相容性问题。本文采用切割-浇注法制备了1-3型水泥基压电复合材料。利用MTS810万能材料试验机和分离式Hopkinson压杆试验装置对PZT-5H压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料开展了准静态单轴压缩试验、循环加载试验、单次冲击压缩试验和重复冲击压缩试验研究。并通过ABAQUS有限元软件对试验结果进行仿真分析。在准静态荷载作用下,PZT-5H压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料的应力应变曲线全过程均表现出明显的非线性特性。在循环荷载作用下,PZT-5H压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料的输出电位移与施加荷载之间呈现一一对应的响应特性。通过观察试样的静态灵敏度标定结果可以发现:两种试样的静态灵敏度均存在一门槛值G点。当试样加载应力小于门槛值G点时,试样的输出电位移与所受应力之间具有较好的线性度。与此同时开展了不同的初始静载、循环幅值和加载频率对PZT-5H压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料力电响应特性影响的试验研究。结果表明:两种材料具有相同的变化规律。即在相同加载频率时,随着循环周次的增加,高应力比下,试样的输... 

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 准静态荷载作用下水泥基压电复合材料的研究进展
        1.2.2 冲击荷载作用下水泥基压电复合材料的研究进展
        1.2.3 电场作用下水泥基压电复合材料的研究进展
        1.2.4 水泥基压电复合材料力电响应特性的数值模拟
    1.3 本文主要工作
2 水泥基压电复合材料的制备及性能测试
    2.1 实验仪器和原材料
    2.2 1-3型水泥基压电复合材料的制备
    2.3 1-3 型水泥基压电复合材料的基本性能测试
        2.3.1 介电性能
        2.3.2 压电性能
        2.3.3 机电耦合系数
        2.3.4 机械品质因数
        2.3.5 1-3 型水泥基压电复合材料基本性能参数
    2.4 本章小结
3 循环荷载作用下材料的电学响应特性研究
    3.1 引言
    3.2 试验方法及原理
    3.3 试验结果与分析
        3.3.1 准静态压缩试验
        3.3.2 试样的静态灵敏度标定
        3.3.3 循环加载试验
    3.4 准静态荷载作用下试样的失效分析
    3.5 本章小结
4 冲击荷载作用下材料的电学响应特性研究
    4.1 引言
    4.2 试验方法及原理
    4.3 试验结果与分析
        4.3.1 单次冲击压缩试验
        4.3.2 试样的动态灵敏度标定
        4.3.3 重复冲击压缩试验
    4.4 冲击荷载作用下试样的失效分析
    4.5 本章小结
5 材料的力电响应特性数值模拟
    5.1 引言
    5.2 压电材料的有限元分析
        5.2.1 压电材料的本构方程
        5.2.2 ABAQUS压电分析
        5.2.3 压电陶瓷有限元模型
        5.2.4 压电陶瓷仿真结果
    5.3 1-3 型水泥基压电复合材料有限元分析
        5.3.1 1-3 型水泥基压电复合材料有限元模型
        5.3.2 1-3 型水泥基压电复合材料仿真结果
    5.4 本章小结
6 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
在学研究成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]强冲击下PZT-5H压电陶瓷的动力响应及电输出特性研究[J]. 唐恩凌,李月,王睿智,韩雅菲,王利,相升海,李振波,高国文,林晓初,刘美,许迎亮.  兵工学报. 2018(05)
[2]冲击荷载下PZT5电畴翻转研究[J]. 钱霖,张峰,徐先洋,陈江瑛.  功能材料. 2017(07)
[3]0-3型水泥基压电复合材料有限元分析与优化[J]. 诸雪青,李秋义,罗健林,张帅.  压电与声光. 2017(01)
[4]智能材料研究进展[J]. 张新民.  玻璃钢/复合材料. 2013(Z2)
[5]基于FEM的水泥基压电复合材料的性能分析[J]. 张宗振,徐东宇,鞠超,黄世峰,程新.  燕山大学学报. 2011(01)
[6]CNTs/纳微米PZT/水泥压电复合材料的研究[J]. 龚红宇,全静,张玉军,毕见强,车松蔚.  人工晶体学报. 2010(03)
[7]基于压电陶瓷的混凝土裂缝损伤监测[J]. 赵晓燕,李宏男.  压电与声光. 2009(03)
[8]土木工程结构健康监测系统的研究状况与进展[J]. 李宏男,高东伟,伊廷华.  力学进展. 2008(02)
[9]冲击载荷下PVDF和PZT压电材料的动态性能研究[J]. 张智丹,纪松,张延松.  兵器材料科学与工程. 2008(02)
[10]1-3型水泥基压电复合材料传感器的性能[J]. 黄世峰,常钧,秦磊,杨晓明,李宗津,程新.  复合材料学报. 2008(01)

博士论文
[1]水泥基压电复合材料的模拟与优化设计[D]. 王治.浙江大学 2014
[2]水泥基压电传感器的制备、性能及其在土木工程领域的应用研究[D]. 徐东宇.山东大学 2010

硕士论文
[1]1-3型水泥基压电复合材料在冲击载荷下的力电响应及损伤的实验研究[D]. 徐先洋.宁波大学 2017
[2]1-3型压电复合材料性能分析与仿真软件开发[D]. 段元兴.西安电子科技大学 2014
[3]多孔PZT95/5铁电陶瓷的制备及低速冲击载荷下的放电特性研究[D]. 高龙.西南科技大学 2013
[4]水泥基压电复合材料传感器在钢筋混凝土结构中应用研究[D]. 姚科.哈尔滨工业大学 2010
[5]外场作用下多畴PZT铁电薄膜相变及印记失效分析[D]. 殷旺.湘潭大学 2010



本文编号：3693800