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压电层合结构的子域配点法

压电层合结构的子域配点法

引用

2010年全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：袁学帅陈富军姚林泉 215006 苏州大学数学科学学院 215006 苏州大学城市轨道交通学院

基于径向基函数近似的配点法是无网格方法中常用的主要方法之一,它具有实现简单和指数收敛性等优点,在解决偏微分方程边值问题中已得到了广泛应用.在一般情况下,认为在需要解决的问题域内是具有同一种材料(均匀性),对于多种材料组合问题... 详细信息

基于径向基函数近似的配点法是无网格方法中常用的主要方法之一,它具有实现简单和指数收敛性等优点,在解决偏微分方程边值问题中已得到了广泛应用.在一般情况下,认为在需要解决的问题域内是具有同一种材料(均匀性),对于多种材料组合问题,材料的非连续性需要特殊处理.由于压电结构通常由压电材料与基体材料层合而成,在处理力-电耦合的层合压电结构时,各层之间的材料属性不同而破坏了问题域内材料的连续性.从而,在利用光滑和全局的径向基函数解决这类问题时常常会遇到困难.本文采用完全耦合算法,将问题区域根据材料属性划分成子区域,导出压电层合结构的子区域配点法.在子域的交界面上分别施加力电连续性条件和相容性条件,增强了数值解的精确性和稳定性.通过对压电双晶和单晶梁的数值算例验证了该方法的有效性和精度.

关键词：层合压电结构径向基函数近似子域配点法无网格法

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新型微/纳米压电纤维复合材料的制备与性能研究

新型微/纳米压电纤维复合材料的制备与性能研究

引用

2010年全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：陈彩凤韩霄丽刘军骆英 212013 江苏省镇江市学府路301号江苏大学材料科学与工程学院

压电复合材料由于具有高压电常数、高机电耦合系数和高介电常数等良好的压电性能,因此在超声换能器组件、高分辨率医疗成像系统、结构健康监测系统等领域有着广泛的应用前景.本文提出了一种新型的微/纳米PZT/环氧树脂1-3复合材料的制备... 详细信息

压电复合材料由于具有高压电常数、高机电耦合系数和高介电常数等良好的压电性能,因此在超声换能器组件、高分辨率医疗成像系统、结构健康监测系统等领域有着广泛的应用前景.本文提出了一种新型的微/纳米PZT/环氧树脂1-3复合材料的制备方法.本方法在采用化学活化制备具有规则有序多孔结构的碳模板的基础上,以溶胶凝胶的方法生成微/纳米PZT纤维,然后将环氧树脂浇入有序排列的PZT纤维获得微/纳米PZT/环氧树脂1-3复合材料.并用XRD和SEM观察了纤维试样的形貌,用HP阻抗分析仪测试了PZT/环氧树脂1-3复合材料的阻抗频谱图,按IEEE技术标准对其机电耦合系数进行了测量.结果表明PZT纤维排列有序,直径约为十个微米左右,长度可达几厘米,表面整洁光滑,结构为典型的钙钛矿型;该种复合纤维频带较宽,纵向机电耦合系数为45.8％,可望用于具优异正交异性的传感或驱动元件中.

关键词：压电复合材料纳米纤维环氧树脂制备工艺性能分析

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偏场作用下厚度剪切振动压电板频率漂移的有限元分析

偏场作用下厚度剪切振动压电板频率漂移的有限元分析

引用

2010年全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：单兴业胡洪平薛欢胡元太 430074 华中科技大学力学系

本文基于叠加于有限偏场之上的小增量场理论,建立了关于在偏场作用下、以厚度剪切模式高频振动的双层压电板压力传感器的有限元模型,提出了偏场有限元方法.环境压力会在压电板的两端激起弯矩和轴力,这种弯矩和轴力将在压电板内引起偏场... 详细信息

本文基于叠加于有限偏场之上的小增量场理论,建立了关于在偏场作用下、以厚度剪切模式高频振动的双层压电板压力传感器的有限元模型,提出了偏场有限元方法.环境压力会在压电板的两端激起弯矩和轴力,这种弯矩和轴力将在压电板内引起偏场,且随着环境压力增大,板内偏场逐渐呈现非线性.为了求解这种非线性偏场,可以把弯矩和轴力划分为若干小的加载步骤:1)通过线性压电理论求解每一个加载步激起的偏场;2)由每一个加载步偏场修正每个单元的弹性系数、压电系数和介电系数;3)应用修正后的材料系数作为下一加载步计算的有效材料系数;4)重复以上过程,一直到最终偏场状态.在此基础上,可以更进一步运用偏场有限元法分析增量场,并得到模态和频率漂移.计算发现:当偏场较小时,偏场有限元结果与线性梁理论的分析结果一致,表明本文所提出的偏场有限元方法是正确的.而当环境压力超过某一特定值后,由于偏场非线性效应逐渐明显,因此,偏场有限元方法的结果与线性梁理论计算结果的差异增大到不能再被忽略.这时,必须由偏场有限元方法来分析压电结构的振动特性.

关键词：压电板频率漂移偏场理论有限元分析

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箱型梁波动弥散特性的回传射线矩阵分析

箱型梁波动弥散特性的回传射线矩阵分析

引用

2010年全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：蒋吉清叶贵如陈伟球 310058 浙江省杭州市余杭塘路388号浙江大学土木工程学系 310027 浙江省杭州市38号浙江大学航空航天学院应用力学系

本文基于折板理论建立箱梁的弹性分析模型,同时考虑板的拉伸和弯曲运动,并采用回传射线矩阵法分析弹性波在无限长箱梁中的弥散特性.假设箱梁由多块薄板拼接而成,对每块薄板引入一对局部对偶坐标系,求解局部坐标系下无限长薄板的基本行波... 详细信息

本文基于折板理论建立箱梁的弹性分析模型,同时考虑板的拉伸和弯曲运动,并采用回传射线矩阵法分析弹性波在无限长箱梁中的弥散特性.假设箱梁由多块薄板拼接而成,对每块薄板引入一对局部对偶坐标系,求解局部坐标系下无限长薄板的基本行波解.根据薄板连接处的位移协调条件和力平衡条件建立箱梁的散射关系,同时,根据对偶局部坐标系的内在联系得到结构相位关系,最后推导出回传射线矩阵以及箱梁中波传播的特征方程,并以此求解结构的弥散曲线.本文的分析有助于了解箱梁结构的动力特性,为瞬态响应计算奠定基础.此外,由于所采用的回传射线矩阵法具有列式统一、数值计算稳定等优点,可推广用于任意拼接形式的薄板组合结构动力特性分析.

关键词：建筑工程箱型梁波动弥散特性回传射线矩阵法

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基于压电纤维复合材料的蜂窝夹层设计

基于压电纤维复合材料的蜂窝夹层设计

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2010年全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：聂瑞裘进浩季宏丽南京航空航天大学大学飞行器结构力学与控制教育部重点实验室 210016 江苏省南京市白下区御道街29号江苏南京

近年来,压电纤维复合材料PFC (Piezoelectric Fiber Composites)由于其良好的应用价值在航空航天研究中备受关注.压电纤维复合材料由于拥有较大的压电系数,较大的平面驱动应变,可按需定制各向异性性能,较强的抗破坏能力,易于在曲面结构... 详细信息

近年来,压电纤维复合材料PFC (Piezoelectric Fiber Composites)由于其良好的应用价值在航空航天研究中备受关注.压电纤维复合材料由于拥有较大的压电系数,较大的平面驱动应变,可按需定制各向异性性能,较强的抗破坏能力,易于在曲面结构上应用等优点,在飞行器的结构形状主动变形、噪声抑制、故障诊断和检测等方面具有很好的应用前景.本文选择了结合压电纤维和交叉指形电极IDE(Interdigitated electrodes)技术的新型压电纤维复合材料MFC (Macro-Fiber Composites)作为驱动材料,选择蜂窝材料作为芯层,设计可用于结构形状主动变形的蜂窝夹层致动器.具体方法是将MFC作为驱动器兼夹层面板或直接粘贴到面板上,对其通电驱动,利用MFC加电后产生的拉伸或收缩变形,达到控制结构主动变形的目的.在对该夹层结构进行理论分析的基础上,对蜂窝结构的各个参数进行优化设计,使得设计的蜂窝夹层可以达到预先设定的位移和承载能力的要求且质量最轻.研究结果表明:利用MFC作为促动材料的蜂窝夹层致动器的设计方案是可行的;通过优化能够保证蜂窝夹层在较小质量下最大程度的发挥MFC的致动效果,有望应用于小型、微型飞行器控制面的前缘和后缘驱动以及大中型飞行器的流场主动控制等方面.

关键词：航空工程压电纤维复合材料蜂窝夹层结构形状主动变形优化设计

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基于Cymbal结构的PMNT单晶压差矢量水听器

基于Cymbal结构的PMNT单晶压差矢量水听器

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2010年全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：尹义龙李俊宝邢建新夏金东吕可佳 100190 北京市海淀区北四环西路21号中国科学院声学研究所 100049 北京市石景山区玉泉路19号(甲)中国科学院研究生院 100190 北京市海淀区北四环西路21号中国科学院声学研究所

矢量水听器是一种能够测量水下质点振速、加速度或声压梯度的水声接收换能器.本文在Cymbal结构型换能器的基础上,用双压电陶瓷弯曲圆叠片作为Cymbal换能器的驱动元件,设计了一种小型压差矢量水听器,通过压电陶瓷叠片的反相串联实现声压... 详细信息

矢量水听器是一种能够测量水下质点振速、加速度或声压梯度的水声接收换能器.本文在Cymbal结构型换能器的基础上,用双压电陶瓷弯曲圆叠片作为Cymbal换能器的驱动元件,设计了一种小型压差矢量水听器,通过压电陶瓷叠片的反相串联实现声压梯度测量.压电陶瓷叠片的弯曲振动可以激发Cymbal换能器的偶极子振动形式,实现水听器的低频偶极子指向性.弛豫铁电单晶PMNT是一种具有优异压电性能的新型压电材料,其压电系数d31是压电陶瓷材料的6倍左右,将PMNT压电单晶应用于Cymbal压差矢量水听器,可以显著提高水听器的接收性能.本文研制了基于PMNT压电单晶和PZT-5压电陶瓷的Cymbal压差矢量水听器样品并进行性能仿真和实验对比.结果表明:PMNT单晶Cymbal压差矢量水听器具有较高的接收灵敏度和良好的偶极子指向性,比PZT-5压电陶瓷矢量水听器的接收灵敏度提高5dB左右.

关键词：水声工程矢量水听器 PMNT压电单晶性能仿真 Cymbal结构

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钙钛矿型铁电陶瓷的电致疲劳本构理论研究

钙钛矿型铁电陶瓷的电致疲劳本构理论研究

引用

2010年全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：周志东杨凤娟柳听前张颖蒋泉张春祖 361005 厦门大学材料学院材料科学与工程系 226019 南通大学建筑工程学院 361005 厦门大学建筑与土木工程学院土木工程系

铁电陶瓷材料的电畴在外场作用下反复翻转引起的材料结构变化,是导致铁电材料性能衰变和破坏的原因,也是阻碍铁电陶瓷材料应用于各种传感器和执行器的主要因素.本文在XRD原位观测电疲劳过程中电畴变化的研究基础上,结合单轴宏观铁电本... 详细信息

铁电陶瓷材料的电畴在外场作用下反复翻转引起的材料结构变化,是导致铁电材料性能衰变和破坏的原因,也是阻碍铁电陶瓷材料应用于各种传感器和执行器的主要因素.本文在XRD原位观测电疲劳过程中电畴变化的研究基础上,结合单轴宏观铁电本构模型,提出了一个能够模拟钙钛矿型铁电陶瓷在循环电载荷作用下的电滞回线和蝶形曲线的疲劳本构模型.考虑在循环电载荷作用下,电极电荷注入引起部分电畴的钉扎,降低了电畴的翻转能力,同时可移动界面层重新激活部分已钉扎的电畴翻转等影响因素,通过数值模拟给出了XRD实验观测的疲劳剩余极化与各类电畴翻转比,正反铁电相比之间的相互关系.本文模拟了极化与未极化钙钛矿型铁电陶瓷的电滞回线和应变曲线,其结果与实验测试吻合较好.本文提出的电疲劳本构模型适用于研究铁电薄膜的电致疲劳特性.

关键词：钙钛矿型铁电陶瓷电致疲劳本构模型电畴翻转

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甚低频声源校准方法研究

甚低频声源校准方法研究

引用

2009年全国压电和声波理论及器件技术研讨会暨2009年全国频率控制技术年会

作者：张海刚朴胜春任群言高博 150001 哈尔滨工程大学水声技术国防重点实验室

甚低频声波在水声中的应用越来越广泛，但产生甚低频声波的设备,甚低频声源的声源级校准十分困难，尤其是在浅海环境中进行校准。应用传播损失方法可以在浅海环境中进行甚低频卢源的校准，甚低频声源发射连续信号，根据水听器接收的稳... 详细信息

甚低频声波在水声中的应用越来越广泛，但产生甚低频声波的设备,甚低频声源的声源级校准十分困难，尤其是在浅海环境中进行校准。应用传播损失方法可以在浅海环境中进行甚低频卢源的校准，甚低频声源发射连续信号，根据水听器接收的稳态信号，利用传播模型可以反推得到距声源中心一米处直达波的声压，进而可以进行甚低频声源的校准。通过误差分析和海上实验，验证了该方法的有效性。

关键词：甚低频声源声源级校准浅海传播损失水听器

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含有压电纤维的功能梯度压电基体的反平面问题

含有压电纤维的功能梯度压电基体的反平面问题

引用

2009年全国压电和声波理论及器件技术研讨会暨2009年全国频率控制技术年会

作者：杨宾华高存法 210016 南京航空航天大学航空宇航学院

应用复变函数方法研究了在远处反平面机械载荷和平面内电载荷作用下含有压电纤维的功能梯度压电基体中应力场以及电位移场的分布问题。根据压电纤维和基体间的连续性条件，用分层均匀化的方法得到了任意材料属性下的功能梯度压电基体的... 详细信息

应用复变函数方法研究了在远处反平面机械载荷和平面内电载荷作用下含有压电纤维的功能梯度压电基体中应力场以及电位移场的分布问题。根据压电纤维和基体间的连续性条件，用分层均匀化的方法得到了任意材料属性下的功能梯度压电基体的应力场以及电位移场。讨论了在各种压电材料常数下基体内的应力场以及位移场的分布。结果表明：基体材料的属性以及材料的梯度变化对应力场和位移场的分布有很大的影响。

关键词：功能梯度压电材料压电纤维复势法反平面问题电位移场

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电场和温度场耦合作用下板式压电双晶片的弯曲问题

电场和温度场耦合作用下板式压电双晶片的弯曲问题

引用

2009年全国压电和声波理论及器件技术研讨会暨2009年全国频率控制技术年会

作者：刘东滢陈伟球 310058 浙江省杭州市余杭塘路388号浙江大学紫金港校区建筑工程学院 310027 浙江省杭州市浙大路38号浙江大学玉泉校区工程力学系

本文研究了板式压电双晶片在电场和温度场耦合作用下的弯曲问题。首先基于压电材料广义平面应力问题的基本方程，根据Kirchhoff假设及Saint-Venant原理，求解串联和并联两种形式板式压电双晶片在电场和温度场耦合作用下的应力和电位移... 详细信息

本文研究了板式压电双晶片在电场和温度场耦合作用下的弯曲问题。首先基于压电材料广义平面应力问题的基本方程，根据Kirchhoff假设及Saint-Venant原理，求解串联和并联两种形式板式压电双晶片在电场和温度场耦合作用下的应力和电位移，并应用于悬臂板式双晶片作动器，给出悬臂板式双晶片作动器的挠度。

关键词：压电双晶片热电耦合悬臂板作动器平面应力弯曲问题

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