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压电材料能量收集技术在深海静压环境中发电装置的应用可行性研究
1
作者 曾晋 《中国高新科技》 2025年第2期56-57,共2页
近年来,基于材料学、微电子学、机械学的发展,压电材料开始被应用于从海洋“收获”能量。文章通过完成深海静压环境特性、压电材料能量收集技术原理简要分析,阐释压电材料能量收集技术在深海静压发电装置上的应用可行性;通过基本冲击实... 近年来,基于材料学、微电子学、机械学的发展,压电材料开始被应用于从海洋“收获”能量。文章通过完成深海静压环境特性、压电材料能量收集技术原理简要分析,阐释压电材料能量收集技术在深海静压发电装置上的应用可行性;通过基本冲击实验平台,研究确定压电材料压电振子能够在深海静压环境条件下,依靠俘能单元的能量输出特性影响规律,完成可持续开发能量、资源的收集与运用。研究过程中,成功通过实验设计出深海静压环境中的发电装置,低功耗传感器能够长期运行,为深海资源的合理开发与可持续利用,提供强而有力的能量收集技术支持。 展开更多
关键词 压电材料 深海发电 能量收集 深海静压 发电装置 可行性
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复合压电材料虚拟仿真实验软件的设计与开发
2
作者 耿志挺 赵鉴侨 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第11期3377-3381,共5页
复合压电材料是学习压电理论的优秀载体,但是用于复合压电材料虚拟实验教学的仿真软件仍有待开发。基于此,开发一款基于多孔碳酸钡和聚偏二氟乙烯(BTO@PVDF)复合压电材料模型的虚拟仿真实验教学软件,帮助学生理解基础压电理论、探究复... 复合压电材料是学习压电理论的优秀载体,但是用于复合压电材料虚拟实验教学的仿真软件仍有待开发。基于此,开发一款基于多孔碳酸钡和聚偏二氟乙烯(BTO@PVDF)复合压电材料模型的虚拟仿真实验教学软件,帮助学生理解基础压电理论、探究复合材料的压电响应特点。该软件整合材料设计、制备、表征的完整流程,设计多项可调参数、多层次展示结果,使学生更灵活地去自主实现复合压电材料综合性虚拟仿真,完成基于复合压电材料的虚拟实验。该软件添加了视频讲解、互动问答、知识点提示等互动,提高教学趣味性的同时,可培养学生独立思考的能力。 展开更多
关键词 压电材料 复合材料 虚拟实验 计算机仿真 有限元仿真
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压电材料切口奇异物理场计算
3
作者 潘伟 程长征 +2 位作者 王飞炀 李腾岳 牛忠荣 《计算力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第4期742-748,共7页
采用切口尖端奇性特征分析与有限元法相结合的思路,计算压电材料切口尖端的力学和电学奇异物理场.首先基于奇性渐近展开技巧,推演压电材料切口的奇性特征方程,引入插值矩阵法求解,获得切口尖端奇性渐近展开式的奇性指数、特征角函数及... 采用切口尖端奇性特征分析与有限元法相结合的思路,计算压电材料切口尖端的力学和电学奇异物理场.首先基于奇性渐近展开技巧,推演压电材料切口的奇性特征方程,引入插值矩阵法求解,获得切口尖端奇性渐近展开式的奇性指数、特征角函数及其导数.再根据有限元法的位移和电势计算结果较应力和电位移高一阶精度的特点,利用稀疏有限元网格,计算出切口附近的位移和电势,代入切口尖端物理场渐近展开式,求出幅值系数.根据计算出的幅值系数、奇性指数、特征角函数及其导数,重构出切口尖端附近的奇异应力场和电位移场,继而计算出切口的应力强度因子和电位移强度因子.本文提出半解析方法,基于有限元稀疏网格计算结果,利用较小的计算量,获得较高精度的奇异物理场.该方法无须对有限元法的插值函数进行改造,适合嵌入商业有限元软件,直接用于工程压电材料结构安全分析. 展开更多
关键词 压电材料 切口 渐近展开 奇异应力场 奇异电位移场
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人工神经网络和电阻抗谱法压电材料快速表征
4
作者 向辉 吴校生 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第2期234-240,共7页
压电材料作为重要的功能材料,广泛应用于社会的各领域,但其弹性常数的偏差会导致应用过程中出现错误的设计,弹性常数的正确表征对压电器件的正确设计尤为重要。与其他测量方法相比,电阻抗谱仅需要阻抗分析仪即可实现测量,通过测量阻抗... 压电材料作为重要的功能材料,广泛应用于社会的各领域,但其弹性常数的偏差会导致应用过程中出现错误的设计,弹性常数的正确表征对压电器件的正确设计尤为重要。与其他测量方法相比,电阻抗谱仅需要阻抗分析仪即可实现测量,通过测量阻抗谱反演获得压电材料的弹性常数。传统电阻抗谱法通过不断修正材料参数,使得测量阻抗谱和计算阻抗谱最大程度吻合,该过程需要多次迭代,计算量大,耗时较长。该文提出采用神经网络建立阻抗谱到弹性常数的正向模型,测量得到阻抗谱后仅需一次正向计算即可得到弹性常数。使用Comsol和Matlab联合仿真建立数据集,引入丢弃法避免模型过拟合,利用Pytorch建立模型,经过训练后,最大谐振频率偏差从初始2.8%降至0.8%。该技术为压电材料弹性常数精密测量提供可靠的理论与实践途径。 展开更多
关键词 压电材料表征 电阻抗谱法 人工神经网络 弹性常数矩阵
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压电材料在低温下的性能研究
5
作者 侯艳青 刘小川 +3 位作者 李建军 魏鑫成 李清晨 郭绍瑞 《压电与声光》 北大核心 2024年第6期910-915,共6页
针对压电换能器中压电晶片的低温应用需求,研究了频率分别为4 MHz、2.5 MHz的PZT-5陶瓷、1-3复合材料和PMN-PT弛豫单晶3种不同的压电材料在50~300 K下的机电性能。实验结果表明,PZT陶瓷、PMN-PT单晶的谐振频率F s、机电耦合系数K t在低... 针对压电换能器中压电晶片的低温应用需求,研究了频率分别为4 MHz、2.5 MHz的PZT-5陶瓷、1-3复合材料和PMN-PT弛豫单晶3种不同的压电材料在50~300 K下的机电性能。实验结果表明,PZT陶瓷、PMN-PT单晶的谐振频率F s、机电耦合系数K t在低温下具有良好的温度稳定性,变化率小于10%,1-3复合材料的F s向高频方向偏移了17.0%,其K t下降了24.4%。随着温度的降低,所有压电材料的介电性能都呈下降趋势,机械品质因数表现出不同的变化规律。低温下,压电材料表现出可逆性畴壁电荷的“冻结”,为低温压电换能器的研制以及压电材料的选择提供了参考。 展开更多
关键词 压电材料 低温 谐振频率 机电耦合系数 介电常数
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基于偶应力理论的压电材料轴对称接触问题
6
作者 吕鑫 柯燎亮 苏洁 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2024年第10期1268-1278,共11页
基于偶应力理论,研究了刚性绝缘球压头与横观各向同性压电半空间尺度依赖的轴对称接触问题.利用Hankel积分变换和积分最小二乘法,获得了接触压力.讨论了特征材料长度对接触压力分布、接触半径和压痕深度的影响.结果表明,基于偶应力理论... 基于偶应力理论,研究了刚性绝缘球压头与横观各向同性压电半空间尺度依赖的轴对称接触问题.利用Hankel积分变换和积分最小二乘法,获得了接触压力.讨论了特征材料长度对接触压力分布、接触半径和压痕深度的影响.结果表明,基于偶应力理论获得的接触压力结果明显大于经典结果. 展开更多
关键词 轴对称接触 压电材料 尺度效应 偶应力理论
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压电材料的研究新进展 被引量:18
7
作者 温建强 章力旺 《应用声学》 CSCD 北大核心 2013年第5期413-418,共6页
压电材料作为机电转换的功能材料,在高新技术领域扮演着重要的角色。锆钛酸铅压电陶瓷凭借其优良的性能,自投入使用以来成为最广泛使用的压电材料。近年来,探索和发展潜在的替代新型材料备受重视。本文就近些年来国内外压电材料技术研... 压电材料作为机电转换的功能材料,在高新技术领域扮演着重要的角色。锆钛酸铅压电陶瓷凭借其优良的性能,自投入使用以来成为最广泛使用的压电材料。近年来,探索和发展潜在的替代新型材料备受重视。本文就近些年来国内外压电材料技术研究进展中呈现的无铅化、高性能化、薄膜化的新趋势进行了综述,并对今后的研究提出一些发展性的建议。 展开更多
关键词 压电材料 压电性能 无铅压电材料 压电薄膜
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压电材料电荷能量回收技术研究 被引量:10
8
作者 孙亚飞 陈仁文 +2 位作者 陈勇 龚海燕 陶宝祺 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2002年第1期71-74,共4页
对压电材料电荷能量回收性能进行研究。通过在压电驱动器收缩时回收其在伸展时储存于其电场和应变场中的能量 ,来提高对驱动压电驱动器动作的激励电源使用效率。借助瞬时电容器 (flying capacitor)所构成的一套封闭系统来实现电荷能量... 对压电材料电荷能量回收性能进行研究。通过在压电驱动器收缩时回收其在伸展时储存于其电场和应变场中的能量 ,来提高对驱动压电驱动器动作的激励电源使用效率。借助瞬时电容器 (flying capacitor)所构成的一套封闭系统来实现电荷能量回收与利用 ,通过瞬时电容器与另一电容器串并联连接方式的不断切换 ,来有效收集封闭系统中压电驱动器上电荷 ,提高对电源利用率 ;同时 ,通过对电容串并联切换时间控制 ,实现压电驱动器所要求的振动频率。 展开更多
关键词 电荷能量回收 压电材料 压电驱动器 闭环控制系统
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含刚性线夹杂及裂纹的各向异性压电材料耦合场分析 被引量:12
9
作者 杜善义 梁军 韩杰才 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1995年第5期544-550,共7页
采用各向异性弹性力学中Stroh方法对含刚性线夹杂及裂纹的无限大各向异性压电材料耦合的弹性场和电场进行了分析。并得到夹杂和基体界面间耦合场的实型显函表达式及夹杂尖端的1/2阶奇异性。
关键词 压电材料 机电耦合场 线夹杂 裂纹
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含孔功能梯度压电材料板的力电耦合无网格伽辽金法 被引量:6
10
作者 孟广伟 王晖 +2 位作者 周立明 李锋 李霄琳 《中南大学学报(自然科学版)》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第11期4015-4020,共6页
为提高含孔功能梯度压电材料板的计算精度,基于变分原理和功能梯度压电材料的本构关系、几何关系、边界条件等,推导出功能梯度压电材料的无网格方程,提出含孔功能梯度压电材料板的力电耦合无网格伽辽金法。求解含孔功能梯度压电材料板... 为提高含孔功能梯度压电材料板的计算精度,基于变分原理和功能梯度压电材料的本构关系、几何关系、边界条件等,推导出功能梯度压电材料的无网格方程,提出含孔功能梯度压电材料板的力电耦合无网格伽辽金法。求解含孔功能梯度压电材料板的力学问题,研究孔边环向应力分布及力电集中问题,讨论材料参数按某一方向呈指数函数梯度变化时功能梯度压电材料的力学响应,与ANSYS计算结果进行比较,数值算例结果表明本方法正确可行且具有较高的精度,可求解任意梯度函数的功能梯度压电材料问题。 展开更多
关键词 功能梯度压电材料 无网格伽辽金法 力电耦合
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压电材料轴对称有限元分析 被引量:5
11
作者 丁皓江 池毓蔚 +1 位作者 国凤林 侯鹏飞 《计算力学学报》 CAS CSCD 2000年第1期1-7,共7页
给出了横观各向同性压电材料轴对称问题有限元法列式,叙述了压电材料有限元法分析中的一些特殊处理步骤,包括无量纲化和特征值问题计算中对电势自由度的凝聚。对压电材料轴对称问题的一些经典静力问题进行有限元计算,同时对压电圆板的... 给出了横观各向同性压电材料轴对称问题有限元法列式,叙述了压电材料有限元法分析中的一些特殊处理步骤,包括无量纲化和特征值问题计算中对电势自由度的凝聚。对压电材料轴对称问题的一些经典静力问题进行有限元计算,同时对压电圆板的轴对称自由振动进行计算,和解析结果作了比较,二者符合良好。 展开更多
关键词 压电材料 轴对称 有限单元法 压电陶瓷
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压电材料中两平行对称可导通裂纹断裂性能分析 被引量:10
12
作者 周振功 王彪 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2002年第12期1211-1219,共9页
采用Schmidt研究了压电材料中对称平行的双可导通裂纹的断裂性能 ,利用富里叶变换使问题的求解转换为求解两对以裂纹面位移之差为未知变量的对偶积分方程 ,并采用Schmidt方法来对这两对对偶积分程进行数值求解· 结果表明应力强度... 采用Schmidt研究了压电材料中对称平行的双可导通裂纹的断裂性能 ,利用富里叶变换使问题的求解转换为求解两对以裂纹面位移之差为未知变量的对偶积分方程 ,并采用Schmidt方法来对这两对对偶积分程进行数值求解· 结果表明应力强度因子和电位移强度因子与裂纹的几何尺寸有关· 与不可导通裂纹有关结果相比 。 展开更多
关键词 压电材料 裂纹 Schmidt方法 对偶积分方程 应力强度因子 断裂性能
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具有压电材料薄板弯曲控制的有限元法 被引量:11
13
作者 姚林泉 俞焕然 《计算力学学报》 CAS CSCD 1999年第3期330-333,共4页
考虑一均匀各向同性薄板结构,在其上下表面离散分布着压电执行元件。在横向外载和电压共同作用下,分析板的弯曲变形,并通过变化作用于执行元件上的电压对板的变形进行控制。根据逆压电效应将电压转换成作用于板上的等效作用量,用H... 考虑一均匀各向同性薄板结构,在其上下表面离散分布着压电执行元件。在横向外载和电压共同作用下,分析板的弯曲变形,并通过变化作用于执行元件上的电压对板的变形进行控制。根据逆压电效应将电压转换成作用于板上的等效作用量,用Hamilton原理导出压电结构板弯曲变形的有限元公式,并对环形板的情况进行了数值计算。 展开更多
关键词 压电材料 执行元件 有限元 弯曲控制
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压电材料中三维I型断裂力学分析 被引量:5
14
作者 陈梦成 张安哥 野田尚昭 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2005年第1期15-23,共9页
讨论了不可导通情况下三维横观各向刚性压电材料中受拉伸和电载荷作用的平片裂纹Ⅰ型断裂力学问题.使用自限部分概念,从二维线性压电理论出发,严格得到了一组以裂纹面位移间断和电势间断为未知变量的超奇异积分方程组;应用二维超奇... 讨论了不可导通情况下三维横观各向刚性压电材料中受拉伸和电载荷作用的平片裂纹Ⅰ型断裂力学问题.使用自限部分概念,从二维线性压电理论出发,严格得到了一组以裂纹面位移间断和电势间断为未知变量的超奇异积分方程组;应用二维超奇异积分的主部分析法,从理论上分析得到了裂纹前沿应力和电势奇性指数以及应力和电位移奇性场,从而找到了以裂纹面位移间断和电势间断表示的应力和电位移强度因子、能量释放率表达式;为所得到的超奇异积分方程组建立了数值法,并用此计算了若干典型的平片裂纹问题,数值结果令人满意. 展开更多
关键词 压电材料 三维断裂力学 超奇异积分方程 应力强度因子 能量释放率
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功能梯度压电材料圆板的简化理论与解析解 被引量:4
15
作者 李尧臣 亓峰 仲政 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2008年第5期636-645,共10页
提出了功能梯度圆板在轴对称载荷作用下的简化理论与解析解.引入了板理论的若干假设(Kirchhoff假设的一部分,Reissner-Mindlin假设和文中提出的假设),并假设材料常数在板厚方向按指数规律变化.推导了板的周边固定或简支同时又接地情况... 提出了功能梯度圆板在轴对称载荷作用下的简化理论与解析解.引入了板理论的若干假设(Kirchhoff假设的一部分,Reissner-Mindlin假设和文中提出的假设),并假设材料常数在板厚方向按指数规律变化.推导了板的周边固定或简支同时又接地情况下中性层法线转角的解和用Fourier-Bessel级数表示的电势解.这个解在形式上比精确解简单得多,进行数值计算时也相当方便与快捷.该文给出了板的周边固定、接地情况下的计算结果并进行了讨论,对于理论和方法的正确性作了验证. 展开更多
关键词 功能梯度压电材料 轴对称 圆板 简化理论 解析解
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压电材料空间轴对称问题的通解及其应用 被引量:13
16
作者 王子昆 陈庚超 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 1994年第7期587-598,共12页
本文根据横观各向同性压电材料空间轴对称问题场方程的结构特点,利用逐次引进势函数的方法,最后得到将位移分量和电势函数用满足特定偏微分方程的单一势函数表示的所谓通解,推导过程表明这种形式的通解是完备的,作为应用举例,文中... 本文根据横观各向同性压电材料空间轴对称问题场方程的结构特点,利用逐次引进势函数的方法,最后得到将位移分量和电势函数用满足特定偏微分方程的单一势函数表示的所谓通解,推导过程表明这种形式的通解是完备的,作为应用举例,文中用通解求解了压电材料半无限体表面受集中力的问题,得到位移、应力、电位移分量及电势函数的解析表达式,本文所提供的通解可作为分析含空腔、夹杂或币形裂纹等缺陷的压电材料的机-电耦合行为的工具,算例所得结果可直接用于求解压电体相互间或压电体与普通弹性体间的接触问题。 展开更多
关键词 压电材料 空间轴对称 通解
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压电材料在反问题中应用的进展 被引量:3
17
作者 李山青 刘正兴 章建国 《上海交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第10期1317-1321,1328,共6页
回顾压电材料在反问题中的应用.从大量的文献中,总结了通过反分析,将压电材料应用在参数辨识、损伤鉴别、外力测量以及变形监测等问题中的研究手段和成果,并预测了今后的研究方向.利用压电材料进行损伤监测将成为研究的重点。
关键词 压电材料 反问题 估测 无损检测 振动估测
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具有压电材料弹性环形板的屈曲 被引量:3
18
作者 姚林泉 胡银燕 俞焕然 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 1998年第2期233-237,共5页
对在不同位置粘有任意多对压电片的弹性环形板在电压和径向压力作用下的轴对称屈曲进行了研究.根据压电效应的等效作用量,初参数法以及传递矩阵方法得到了环板屈曲的特征方程.对不同位置及不同宽度的压电片,计算了结构的屈曲载荷.... 对在不同位置粘有任意多对压电片的弹性环形板在电压和径向压力作用下的轴对称屈曲进行了研究.根据压电效应的等效作用量,初参数法以及传递矩阵方法得到了环板屈曲的特征方程.对不同位置及不同宽度的压电片,计算了结构的屈曲载荷.并得到了稳定性边界曲线. 展开更多
关键词 压电材料 弹性板 屈曲 环形板
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压电材料中两个非对称平行裂纹的基本解 被引量:7
19
作者 周振功 王彪 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2007年第4期379-390,共12页
采用Schmidt方法分析压电材料中非对称平行的双可导通裂纹的断裂性能.利用Fourier变换使问题的求解转换为求解两对以裂纹面位移之差为未知变量的对偶积分方程.为了求解对偶积分方程,直接把裂纹面位移差函数展开成Jacobi多项式形式.最终... 采用Schmidt方法分析压电材料中非对称平行的双可导通裂纹的断裂性能.利用Fourier变换使问题的求解转换为求解两对以裂纹面位移之差为未知变量的对偶积分方程.为了求解对偶积分方程,直接把裂纹面位移差函数展开成Jacobi多项式形式.最终得到了裂纹的应力强度因子与电位移强度因子之间的关系.数值结果表明,应力强度因子和电位移强度因子与裂纹间的距离、裂纹的几何尺寸有关;与不可导通裂纹有关结果相比,可导通裂纹的电位移强度因子远小于相应问题不可导通裂纹的电位移强度因子.同时可以发现裂纹间的“屏蔽”效应也在压电材料中出现. 展开更多
关键词 压电材料 平行非对称裂纹 对偶积分方程 强度因子
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采用压电材料的振动主动控制 被引量:2
20
作者 袁树清 赵玉成 +1 位作者 许庆余 张陵 《西安交通大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1999年第8期61-64,共4页
利用压电材料作为传感器和作动器,建立了柔性四连杆机构振动主动控制实验系统;通过理论分析和实验研究建立了控制系统的模型;根据控制系统的特点,采用了内模控制策略,并在具体实施中,增加了参数辨识环节,使得控制器对于机构转速... 利用压电材料作为传感器和作动器,建立了柔性四连杆机构振动主动控制实验系统;通过理论分析和实验研究建立了控制系统的模型;根据控制系统的特点,采用了内模控制策略,并在具体实施中,增加了参数辨识环节,使得控制器对于机构转速变化具有鲁棒性.将控制方案实施到柔性四连杆机构振动主动控制实验之中,取得了满意的控制效果. 展开更多
关键词 振动主动控制 连杆机构 压电元件 压电材料
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