壓電結(jié)構(gòu)纖維及其復(fù)合材料性能的研究.pdf

1、壓電材料（分為壓電晶體和壓電陶瓷）能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)械能與電能之間的相互轉(zhuǎn)化，在傳感和驅(qū)動(dòng)領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。單相壓電材料較脆，容易發(fā)生斷裂破壞，因而限制了其工程應(yīng)用。壓電復(fù)合材料由壓電纖維和較柔軟的高分子材料復(fù)合，可以克服單相壓電材料的缺點(diǎn)。作為驅(qū)動(dòng)器時(shí)，傳統(tǒng)的壓電纖維復(fù)合材料由于電場(chǎng)需要穿過基體材料才能達(dá)到壓電纖維，電場(chǎng)損耗大，因而需要很高的驅(qū)動(dòng)電壓，容易導(dǎo)致壓電材料被擊穿。壓電結(jié)構(gòu)纖維復(fù)合材料外加電場(chǎng)不需穿過基體材料，克服了傳統(tǒng)壓電材料的

2、缺點(diǎn)，因而在工程實(shí)際中得到了越來越廣泛的應(yīng)用，對(duì)其研究具有重要的意義。
　　本論文致力于研究壓電結(jié)構(gòu)纖維及其復(fù)合材料的性能，主要研究內(nèi)容如下：
　　(1)利用有限元法計(jì)算了兩種不同壓電材料(PZT-2和PZT-5A)圓柱殼內(nèi)的電場(chǎng)，給出了電場(chǎng)強(qiáng)度沿徑向的分布，討論了壓電圓柱殼內(nèi)外壁電場(chǎng)強(qiáng)度隨壓電殼厚度的變化，計(jì)算了橫截面上的平均電場(chǎng)。有限元結(jié)果與近似的理論結(jié)果進(jìn)行了對(duì)比，分析了兩者電場(chǎng)分布和平均電場(chǎng)的差異，并用有限元軟件分析

3、了壓電圓柱殼軸向應(yīng)力。
　　(2)在考慮電極層厚度的基礎(chǔ)上，建立了一個(gè)預(yù)測(cè)壓電結(jié)構(gòu)纖維有效壓電系數(shù)的精化模型，推導(dǎo)了有效壓電系數(shù)的解析表達(dá)式，討論了電極層和壓電殼厚度對(duì)有效壓電系數(shù)、夾持力和縱向一階固有頻率的影響。
　　(3)采用多層圓柱殼模型，給出了壓電結(jié)構(gòu)纖維復(fù)合材料有效壓電系數(shù)的解析表達(dá)式，分析了壓電殼厚度、壓電結(jié)構(gòu)纖維體積分?jǐn)?shù)和基體柔順系數(shù)等參數(shù)對(duì)有效壓電系數(shù)的影響規(guī)律。利用有限元軟件對(duì)壓電結(jié)構(gòu)纖維的破壞及影響進(jìn)行了