改性1-3型压电复合材料理论模型与仿真

1

作者 王嘉程 张金英 +1 位作者 仲超 秦雷 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第6期878-885,891,共9页

针对高机电耦合系数和曲面换能器的应用需求,该文提出一种由压电陶瓷、环氧树脂和硅橡胶三相复合的改进1-3型压电复合材料,基于Newnhams串、并联分析对复合材料的理论模型进行了推导,并利用Matlab进行了数值计算,分析了改性1-3型复合材... 针对高机电耦合系数和曲面换能器的应用需求,该文提出一种由压电陶瓷、环氧树脂和硅橡胶三相复合的改进1-3型压电复合材料,基于Newnhams串、并联分析对复合材料的理论模型进行了推导,并利用Matlab进行了数值计算,分析了改性1-3型复合材料的结构参数对厚度机电耦合系数、等效密度和厚度频率常数的影响。结果表明,陶瓷-环氧复合相的体积分数为0.2~0.5,陶瓷-环氧复合相中的压电陶瓷体积分数为0.6~0.7时,改性1-3型压电复合材料的性能参数较好;利用ANSYS软件对复合材料进行了有限元仿真,将仿真结果与理论计算进行了对比,二者具有较好的一致性,验证了理论模型评估材料性能的准确性。 展开更多

关键词 改性1-3型压电复合材料 理论模型 有限元仿真 结构参数 性能参数

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一种改进型1-3-2压电复合材料的研究 被引量：1

2

作者 井苏杰 于肇贤 王宏伟 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第2期223-226,共4页

高质量的压电换能器需要具备较高的机电耦合系数和灵敏度。该文在传统型1-3-2压电复合材料的基础上提出了一种改进型1-3-2压电材料,提高了压电换能器的机电耦合系数和换能器的接收灵敏度。通过有限元仿真分析了不同间距对改进型1-3-2压... 高质量的压电换能器需要具备较高的机电耦合系数和灵敏度。该文在传统型1-3-2压电复合材料的基础上提出了一种改进型1-3-2压电材料,提高了压电换能器的机电耦合系数和换能器的接收灵敏度。通过有限元仿真分析了不同间距对改进型1-3-2压电材料敏感元件的谐振频率、反谐振频率及机电耦合系数的影响,并与传统1-3-2型压电复合材料进行了对比。结果表明,与传统型1-3-2压电复合材料相比,在相同间距条件下,改进型压电材料的机电耦合系数约大0.03。制做的3种不同间距改进型压电材料表明,间距为1 mm的改进型压电材料的机电耦合系数较大,约为0.68。 展开更多

关键词 不同间距 1-3-2型压电复合材料 改进型 谐振频率 反谐振频率 机电耦合系数

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1-3型压电复合材料性能及声场特性分析

3

作者 赵志钢 刘瑶 +1 位作者 周扬 沈斌 《应用声学》 CSCD 北大核心 2024年第6期1324-1333,共10页

1-3型压电复合材料以其优异的性能,被广泛应用于换能器的制造。该文基于切割-填充法制备实验和仿真方法,对复合材料压电柱不一致性以及其对声场的影响展开研究。在仿真中发现压电柱高度、长度和宽度不一致性均会对压电复合材料声场及谐... 1-3型压电复合材料以其优异的性能,被广泛应用于换能器的制造。该文基于切割-填充法制备实验和仿真方法,对复合材料压电柱不一致性以及其对声场的影响展开研究。在仿真中发现压电柱高度、长度和宽度不一致性均会对压电复合材料声场及谐振频率产生影响,声场整体朝一侧偏转,旁瓣也随之偏转,聚焦位置的声压减小6.5%左右,同时压电复合材料侧面产生杂波。在实验中发现压电柱谐振频率具有不一致性,而压电柱尺寸较大的复合材料阻抗曲线向右偏移。该文结合仿真与实验方法,建立压电柱不一致与复合材料阻抗和声场的联系,为复合材料制备质量和性能分析提供新方法。 展开更多

关键词 声学仿真 压电效应 1-3型压电复合材料 切割-填充法

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1-3-2型压电复合材料的研制 被引量：6

4

作者 李光 王丽坤 +1 位作者 栾桂冬 张福学 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2005年第1期71-73,共3页

基于Newnham复合材料串、并联理论,推导了计算1-3-2型压电复合材料的介电常数和压电常数的公式。经反复试验,研制了两批1-3-2型压电复合材料样品。测试结果表明,1-3-2型压电复合材料性能参数的理论计算值与实测结果相符。

关键词 1-3-2型压电复合材料 介电常数 压电常数 制作工艺

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有限元法分析1-3型压电复合材料换能器 被引量：6

5

作者 李莉 王丽坤 秦雷 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2015年第3期441-445,共5页

1-3型压电复合材料圆柱型换能器由薄片状1-3型压电复合材料沿金属薄壁圆管周期排列粘贴而成。根据换能器实际结构和1-3型压电复合材料等效参数模型,利用有限元法在ANSYS中分别建立了两种仿真模型。为验证等效参数模型的可靠性,实验通过... 1-3型压电复合材料圆柱型换能器由薄片状1-3型压电复合材料沿金属薄壁圆管周期排列粘贴而成。根据换能器实际结构和1-3型压电复合材料等效参数模型,利用有限元法在ANSYS中分别建立了两种仿真模型。为验证等效参数模型的可靠性,实验通过改变模型结构尺寸,使换能器内半径从20mm变化到50mm,每5mm作为一个数据点进行建模。仿真计算相同结构尺寸下两种模型的径向振动频率,比较显示两种模型仿真结果接近,平均相对误差仅2.3%。因此,可利用模型II代替模型I对1-3型压电复合材料圆柱型换能器进行仿真分析,从而简化建模和计算。在此基础上,利用模型II分别模拟了该种换能器在空气和水中径向振动频率附近的导纳、发射电压响应和接收电压灵敏度等性能。 展开更多

关键词 水声换能器 1-3型压电复合材料 圆柱形换能器 建模 有限元仿真

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1-3型压电复合材料 被引量：16

6

作者 党长久 李明轩 《应用声学》 CSCD 1995年第1期2-7,共6页

1－3型压电复合材料是目前研究和应用得比较广泛的一种压电材料．本文简述了这种压电复合材料的理论模型、制作方法和实验结果；指出除了圆形PZT压电材料所具有的径向模和厚度模以外，1－3型压电复合材料还具有横向结构模．本文介绍了... 1－3型压电复合材料是目前研究和应用得比较广泛的一种压电材料．本文简述了这种压电复合材料的理论模型、制作方法和实验结果；指出除了圆形PZT压电材料所具有的径向模和厚度模以外，1－3型压电复合材料还具有横向结构模．本文介绍了这种压电复合材料的特点，如低声阻抗、低介电常数、高静水压压电常数以及PZT相分布的可控制性等．这些特点有利于改善压电复合材料换能器的时间响应和空间响应． 展开更多

关键词 压电复合材料 换能器 1-3型复合材料

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1-3型压电复合材料非均匀振动换能器的研究 被引量：10

7

作者 刘殿锋 李明轩 《应用声学》 CSCD 北大核心 1998年第1期11-14,42,共5页

通过调整1－3型压电复合材料换能器中压电相的分布，可以控制换能器辐射面上振动幅度和相位的分布，从而获得具有特殊性能的声场．作为辐射源表面振动速度等相位不等幅和等幅不等相位的两种典型情况，本文对边线高斯型换能器和Wesnel聚... 通过调整1－3型压电复合材料换能器中压电相的分布，可以控制换能器辐射面上振动幅度和相位的分布，从而获得具有特殊性能的声场．作为辐射源表面振动速度等相位不等幅和等幅不等相位的两种典型情况，本文对边线高斯型换能器和Wesnel聚焦换能器进行了实验研究，讨论了其声场特性． 展开更多

关键词 1-3型 换能器 压电复合材料 边缘高斯型

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1-3型压电纤维复合材料的细观力学模型及其力电宏观参数研究 被引量：10

8

作者 赵寿根 程伟 《应用力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第3期335-341,共7页

基于均匀场理论和细观力学方法提出了弹簧串并联模型和电容串并联模型来分别描述1-3型压电纤维复合材料的力学性能和电学性能,并采用此模型对压电复合材料的宏观力学和电学性能参数进行了预报。在沿着纤维方向,采用并联模型来描述1-3型... 基于均匀场理论和细观力学方法提出了弹簧串并联模型和电容串并联模型来分别描述1-3型压电纤维复合材料的力学性能和电学性能,并采用此模型对压电复合材料的宏观力学和电学性能参数进行了预报。在沿着纤维方向,采用并联模型来描述1-3型压电纤维复合材料的力学和电学特性,因为在这个方向上压电纤维和基体连续并联分布;在垂直纤维方向,模型既含有串联部分又含有并联部分,从而对整体而言形成了混合串并联模型。算例结果相互比较表明该模型对1-3型压电纤维复合材料有准确的描述。 展开更多

关键词 1-3型 压电纤维复合材料(PFC) 串并联模型 力学性能参数 电学性能参数

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具有初应力的1-3型压电复合材料的横向共振分析 被引量：3

9

作者 张红艳 沈亚鹏 尹冠生 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2007年第7期780-788,共9页

1-3型压电复合材料在极化处理过程中会出现极化残余应力,基于线性压电理论,采用解析方法研究了极化残余应力对1-3型压电复合材料的横向共振模态的影响·首先建立含有初始应力的平面波波动方程,基于Bloch波函数理论构建了位移和电势... 1-3型压电复合材料在极化处理过程中会出现极化残余应力,基于线性压电理论,采用解析方法研究了极化残余应力对1-3型压电复合材料的横向共振模态的影响·首先建立含有初始应力的平面波波动方程,基于Bloch波函数理论构建了位移和电势函数,从而最终得到方程的解·数值结果表明初始残余应力的出现降低了复合材料的横向振动频率,而材料的压电性则使得横向振动频率提高·初始剪应力对对横向振动的频率影响较小,可以忽略·第一阶及第二阶振动频率将随着初始应力的大小呈线性变化·得出的结论对超声换能器的制作和研究将提供有意义的指导作用· 展开更多

关键词 横向共振 1-3型压电复合材料 初始应力

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1-3型压电纤维复合材料结构参数对驱动性能的影响 被引量：2

10

作者 李允 沈星 王宁 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第12期89-92,99,共5页

采用有限元方法对1-3型压电纤维复合材料(Macro-fiber composites,MFC)建立微机电模型,讨论了交叉指形电极关键尺寸、两相结构尺寸对驱动性能的影响。结果表明:分支电极中心距p一定时,取较大的分支电极宽度w可得到较大的自由应变和夹持... 采用有限元方法对1-3型压电纤维复合材料(Macro-fiber composites,MFC)建立微机电模型,讨论了交叉指形电极关键尺寸、两相结构尺寸对驱动性能的影响。结果表明:分支电极中心距p一定时,取较大的分支电极宽度w可得到较大的自由应变和夹持应力;当分支电极宽度w不变时,随p/w的增加,自由应变增加而夹持应力减小;采用交叉指形电板结构可使1-3型压电纤维复合材料具有较高的横观各向异性,横向效应系数可提高2.3倍。较小的聚合物层厚度a、纤维截面尺寸c有助于提高压电纤维复合材料的驱动性能,较小的纤维间聚合物宽度b有助于提高压电纤维复合材料的自由应变,但夹持应力则相应降低。 展开更多

关键词 1-3型压电纤维复合材料 驱动性能 有限元方法 自由应变

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基于碳纳米管改性0-3-1型水泥基压电复合材料诱导极化工艺的研究 被引量：5

11

作者 张玉栋 丛晓红 +1 位作者 赵玉婕 齐彦杰 《新型建筑材料》 北大核心 2020年第6期6-8,共3页

采用碳纳米管对0-3-1型压电复合材料进行改性,研究了诱导极化电压(E1)、诱导电压方向、极化温度(T)、极化时间(t)、二次极化电压(E2)等相关因素对0-3-1型水泥基压电复合材料压电性能的影响,确定了0-3-1型水泥基压电复合材料最优的极化... 采用碳纳米管对0-3-1型压电复合材料进行改性,研究了诱导极化电压(E1)、诱导电压方向、极化温度(T)、极化时间(t)、二次极化电压(E2)等相关因素对0-3-1型水泥基压电复合材料压电性能的影响,确定了0-3-1型水泥基压电复合材料最优的极化工艺和制备过程。结果表明,碳纳米管改性0-3-1型水泥基压电复合材料的最优诱导电场方向为与1型陶瓷柱夹角为30°方向,合理诱导电压为600 V/cm,合理二次极化电压为3 kV/mm,合理极化温度为100℃,合理极化时间为30 min。 展开更多

关键词 0-3-1型压电复合材料 碳纳米管 诱导电场 极化工艺

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基于ANSYS的1-3型水泥基压电复合材料力电响应分析 被引量：2

12

作者 谢正春 张小龙 +1 位作者 卜祥风 潘广香 《蚌埠学院学报》 2018年第5期9-13,共5页

运用ANSYS有限元方法,分别对PZT5H压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料的力电响应进行了模拟分析。分析结果表明:在位移约束和面载荷下,PZT5H压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料上的最大位移和最大电势均发生在压电陶瓷(柱)上表面,且产... 运用ANSYS有限元方法,分别对PZT5H压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料的力电响应进行了模拟分析。分析结果表明:在位移约束和面载荷下,PZT5H压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料上的最大位移和最大电势均发生在压电陶瓷(柱)上表面,且产生的最大电压均发生在最大位移处,陶瓷在垂直方向上的电势与位移分层明显且一致。 展开更多

关键词 1—3型水泥基压电复合材料 PZT5H压电陶瓷 有限元模拟 力电响应

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基于ANSYS的1-3型压电纤维复合材料结构优化 被引量：3

13

作者 李允 沈星 徐蕾 《航天制造技术》 2008年第4期1-5,共5页

采用有限元方法,对1-3型压电纤维复合材料macro-fiber composites(MFC)建立微机电模型,讨论了交叉指形电极关键尺寸、两相结构尺寸对驱动性能的影响。结果表明:分支电极中心距p一定时,取较大的分支电极宽度w可得到较大的自由应变和夹持... 采用有限元方法,对1-3型压电纤维复合材料macro-fiber composites(MFC)建立微机电模型,讨论了交叉指形电极关键尺寸、两相结构尺寸对驱动性能的影响。结果表明:分支电极中心距p一定时,取较大的分支电极宽度w可得到较大的自由应变和夹持应力;当分支电极宽度w不变时,随p/w的增加,自由应变增加而夹持应力减小;采用交叉指形电极结构可使1-3型压电纤维复合材料具有较高的横观各向异性,横向效应系数可提高2.3倍。较小的聚合物层厚度a、纤维截面尺寸c有助于提高压电纤维复合材料的驱动性能,较小的纤维间聚合物宽度b有助于提高压电纤维复合材料的自由应变,而同时夹持应力则相应降低。 展开更多

关键词 1-3型压电纤维复合材料 驱动性能 有限元方法 自由应变

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方形1-3-2型压电复合材料薄片的谐振性能研究

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作者 李莉 秦雷 +2 位作者 王丽坤 万媛媛 孙百生 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2008年第6期741-744,共4页

通过理论和实验研究了水声换能器用方形1-3—2型压电复合材料薄片的结构参数（陶瓷体积分数和外形尺寸）对其谐振性能的影响。利用压电方程和均匀场理论得到了1-3—2型压电复合材料的各项等效性能参数，分析了复合材料结构参数对谐振性... 通过理论和实验研究了水声换能器用方形1-3—2型压电复合材料薄片的结构参数（陶瓷体积分数和外形尺寸）对其谐振性能的影响。利用压电方程和均匀场理论得到了1-3—2型压电复合材料的各项等效性能参数，分析了复合材料结构参数对谐振性能的影响。制备了陶瓷体积分数和外形尺寸不同的两组1-3—2型压电复合材料样品，测量得到复合材料谐振频率随陶瓷体积分数和外形尺寸的变化数据。结果表明，当1-3—2型复合材料中陶瓷基底的体积百分比小于30％，1-3复合材料部分中陶瓷柱体积分数在30％～80％，且复合材料总体厚宽比小于阈值（这个阈值随陶瓷体积分数变化）时，其厚度谐振性能较好。另外，将实验结果与理论计算进行了比较，两者符合较好，验证了理论公式的正确性。 展开更多

关键词 1-3—2型压电复合材料 谐振频率 性能

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1-3型压电纤维复合材料的制备及性能研究 被引量：4

15

作者 邱艳芹 刘军 +2 位作者 孟献丰 颜平 骆英 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第z1期45-48,共4页

用粉末-溶胶混合物挤出法制备了直径为300μm和400μm的PZT压电纤维,研究了纤维的显微结构、密度和收缩率。采用排列-浇铸法制备了纤维体积分数为25%的1-3型压电纤维复合材料,计算了材料的介电常数、机电耦合系数和机械品质因数。结果表... 用粉末-溶胶混合物挤出法制备了直径为300μm和400μm的PZT压电纤维,研究了纤维的显微结构、密度和收缩率。采用排列-浇铸法制备了纤维体积分数为25%的1-3型压电纤维复合材料,计算了材料的介电常数、机电耦合系数和机械品质因数。结果表明:1-3型压电复合材料的Kp小于压电陶瓷片,Kt和Kt/Kp都大于陶瓷片;相同体积分数的压电纤维复合材料,直径为400μm的纤维制备的复合材料其εT,d33,Kt和Kt/Kp都大于直径为300μm的纤维制备的复合材料。 展开更多

关键词 1-3型复合材料 陶瓷纤维 粉末-溶胶挤出法 排列-浇铸法

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基于1-1-3型压电复合材料水声换能器性能分析 被引量：3

16

作者 杜海波 秦雷 +1 位作者 仲超 王丽坤 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期386-392,共7页

为提高高频水声换能器的性能,提出了一种基于1-1-3型压电复合材料的带有梯形匹配层的水声换能器设计。应用有限元方法分析了有无匹配层对复合材料电性能、辐射端振动位移的影响。并研制了带匹配层和不带匹配层的2种水声换能器。测试结... 为提高高频水声换能器的性能,提出了一种基于1-1-3型压电复合材料的带有梯形匹配层的水声换能器设计。应用有限元方法分析了有无匹配层对复合材料电性能、辐射端振动位移的影响。并研制了带匹配层和不带匹配层的2种水声换能器。测试结果显示引入匹配层使得水声换能器在谐振频率为360 kHz时最大发送电压响应达到169.4 dB,接收电压灵敏度为-190 dB,-3 dB下接收信号带宽最大可达70 kHz,最大声源级达到208 dB。发送电压响应比没有匹配层的换能器提高了3.8 dB、声源级提高了6 dB、接收带宽拓宽了1.45倍。 展开更多

关键词 1-1-3型压电复合材料 换能器 声源级 发射电压响应 性能

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1-3型压电复合材料发射换能器研究 被引量：4

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作者 张凯 蓝宇 +1 位作者 李琪 顾郑强 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第11期1485-1489,1508,共6页

针对1-3型压电复合材料换能器完整模型节点数多、计算时间长,周期模型不能直接模拟换能器水中响应特性等问题,提出了应用ANSYS软件分析1-3型压电复合材料发射器的方法,并利用此方法和厚度模式理论设计了1-3型压电复合材料发射器.同时对... 针对1-3型压电复合材料换能器完整模型节点数多、计算时间长,周期模型不能直接模拟换能器水中响应特性等问题,提出了应用ANSYS软件分析1-3型压电复合材料发射器的方法,并利用此方法和厚度模式理论设计了1-3型压电复合材料发射器.同时对厚度模式理论及有限元法计算结果和试验结果三者做出了对比分析.研究结果表明,所采用的有限元法计算结果与测试结果吻合较好,制作的复合材料发射换能器谐振频率为300 kHz,最大发射电压响应为178 dB,且厚度模态纯净. 展开更多

关键词 1—3型压电复合材料 水声换能器 厚度模式理论 有限元法

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一种分析非均匀厚度1-3型压电复合材料换能器性能的方法 被引量：7

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作者 孙瑛琦 曾德平 +6 位作者 张春杨 许佳琪 张菁霓 龚洋 何倩 高雪梅 杨增涛 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第8期75-79,共5页

非均匀厚度1-3型压电复合材料可用于制作宽带压电换能器,已广泛应用于水浸无损探伤、声波测井以及超声成像等领域。为分析该换能器的振动及其性能,提出了一种并联振子等效电路模型,将非均匀厚度1-3型压电复合材料换能器看成并联的谐振... 非均匀厚度1-3型压电复合材料可用于制作宽带压电换能器,已广泛应用于水浸无损探伤、声波测井以及超声成像等领域。为分析该换能器的振动及其性能,提出了一种并联振子等效电路模型,将非均匀厚度1-3型压电复合材料换能器看成并联的谐振器阵列,采用三维厚度伸缩振动模型对单个谐振器单元进行理论分析,得出了非均匀厚度1-3型压电复合材料换能器的阻抗计算公式;为验证该模型的正确性,设计并制作了一个平凹的1-3型压电复合材料换能器;实验结果显示,并联振子等效电路模型能准确的分析非均匀厚度1-3型压电复合材料片的性能。结果表明,非均匀厚度换能器带宽的主要是由压电片的厚度差异决定,研究结果可为非均匀厚度宽带换能器的设计提供参考。 展开更多

关键词 非均匀厚度 1-3型压电复合材料 并联振子等效电路模型 阻抗

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1-3型水泥基压电复合材料在冲击载荷下的电学响应 被引量：5

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作者 徐先洋 钱霖 +1 位作者 张峰 陈江瑛 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2017年第3期433-436,441,共5页

采用切割-浇注法制备1-3型水泥基压电复合材料,并利用分离式霍普金森压杆测量装置(SHPB),对PZT5压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料在冲击载荷作用下的力电响应进行实验研究与分析。研究表明:在冲击载荷作用下,PZT5压电陶瓷和1-3型水泥... 采用切割-浇注法制备1-3型水泥基压电复合材料,并利用分离式霍普金森压杆测量装置(SHPB),对PZT5压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料在冲击载荷作用下的力电响应进行实验研究与分析。研究表明:在冲击载荷作用下,PZT5压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料的电位移与应力具有较好的动态响应;在相同荷载作用下,两者的电位移随应变率的增加而增加,且产生相同应变所对应的应力值也随着应变率的增加而增加,表现出"率相关"的材料特征。 展开更多

关键词 1-3型水泥基压电复合材料 分离式霍普金森压杆测量装置(SHPB)技术 PZT压电陶瓷 力电响应

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压电粉体对1-3型压电复合材料的性能影响 被引量：1

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作者 徐祥宁 刘军 +3 位作者 孟献丰 陈彩凤 陈萍 骆英 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2010年第1期115-118,共4页

用粉末-溶胶挤出法制备PZT压电纤维,以排列-浇铸法制备纤维体积分数为30%的1-3型压电复合材料。以热重-差热分析(TG-DSC)和扫描电子显微镜(SEM)研究了所得纤维的加热变化情况和表面形貌。测量计算压电陶瓷片与复合材料的压电常数、介电... 用粉末-溶胶挤出法制备PZT压电纤维,以排列-浇铸法制备纤维体积分数为30%的1-3型压电复合材料。以热重-差热分析(TG-DSC)和扫描电子显微镜(SEM)研究了所得纤维的加热变化情况和表面形貌。测量计算压电陶瓷片与复合材料的压电常数、介电常数、机电耦合系数及机械品质因数。结果表明,纤维中的晶粒致密度越高,复合材料的压电与介电常数越高。复合材料的径向机电耦合系数(k_p)小于压电陶瓷片,厚度机电耦合系数(k_t)和k_t/k_p都大于陶瓷片。 展开更多

关键词 溶胶-粉末挤出法 纤维制备 1-3型复合材料 性能研究

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