3-2-2新型压电复合材料的有限元仿真

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作者 黄仁海 夏丽莉 +2 位作者 王宏伟 杨鹏飞 兰宇丹 《压电与声光》 北大核心 2025年第2期312-318,共7页

为了提升发射电压响应和机电耦合系数以提高压电性能,基于1-3型压电复合材料设计了一种3-2-2陶瓷-空气-聚合物新型复合材料。通过分析压电陶瓷阵列的理论机电特性,结合有限元仿真软件对敏感元件进行建模和物理场计算,确定敏感元件的发... 为了提升发射电压响应和机电耦合系数以提高压电性能,基于1-3型压电复合材料设计了一种3-2-2陶瓷-空气-聚合物新型复合材料。通过分析压电陶瓷阵列的理论机电特性,结合有限元仿真软件对敏感元件进行建模和物理场计算,确定敏感元件的发射电压响应和谐振频率,并对比不同尺寸对应的频率差异以确定聚合物最优尺寸。实验结果表明,相对于传统1-3型压电复合材料,3-2-2型新型复合材料换能器的机电耦合系数提高了0.02,发射电压响应提高了2 dB。因此,3-2-2型新型复合材料有望开发出高性能压电换能器。 展开更多

关键词 1-3型压电复合材料 有限元 发射电压响应 3-2-2型新型压电复合材料 有效机电耦合系数

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一种改进型1-3-2压电复合材料的研究 被引量：2

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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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3-2型陶瓷-空气复合材料振动状态的研究 被引量：1

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作者 井苏杰 于肇贤 +2 位作者 王宏伟 邵震 李林诺 《压电与声光》 CAS 北大核心 2024年第5期716-721,共6页

3-2型陶瓷-空气复合材料是在1-3型压电复合材料的结构基础上改进而来。3-2型压电材料由PZT-5A和空气复合而成。首先使用ANSYS有限元仿真软件的模态分析研究了3-2型压电复合材料做厚度伸缩振动。其次通过谐响应分析了敏感元件在正弦信号... 3-2型陶瓷-空气复合材料是在1-3型压电复合材料的结构基础上改进而来。3-2型压电材料由PZT-5A和空气复合而成。首先使用ANSYS有限元仿真软件的模态分析研究了3-2型压电复合材料做厚度伸缩振动。其次通过谐响应分析了敏感元件在正弦信号激励下的稳态响应,讨论了压电材料陶瓷体积分数对其振动特性的影响,研究了不同体积分数压电陶瓷材料在厚度振动谐振频率下的振动位移。最后通过实验制备了3-2型压电材料的实物样品,使用激光测振仪测量压电振子的振动状况,并对仿真数据进行验证。结果表明,在正弦信号激励下,3-2型复合材料的振动模态为厚度伸缩振动,振动位移最大值为3.840 nm(单位电压下),陶瓷体积占比的变化不会对振动位移产生太大影响。 展开更多

关键词 3-2型陶瓷-空气复合材料 模态分析 谐频响应分析 振动状态

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1-3-2型弧形压电陶瓷复合材料与换能器研究 被引量：7

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作者 鲜晓军 林书玉 唐平 《南京大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2015年第6期1148-1152,共5页

分析了1-3-2型弧形压电陶瓷复合材料的压电特性与声学特性,给出了相关参数的计算表达式.采用切割弧形压电陶瓷并填充有机物的方法,制作了1-3-2型弧形压电陶瓷复合材料,并进行了性能参数测试.利用研制的1-3-2型弧形压电陶瓷复合材料制作... 分析了1-3-2型弧形压电陶瓷复合材料的压电特性与声学特性,给出了相关参数的计算表达式.采用切割弧形压电陶瓷并填充有机物的方法,制作了1-3-2型弧形压电陶瓷复合材料,并进行了性能参数测试.利用研制的1-3-2型弧形压电陶瓷复合材料制作了水声换能器并在标准消声水池中对电性能指标进行了测试.结果表明:弧形1-3-2型压电复合材料及其换能器件,在工作频带内具有模态单一,不易发生变形,高频时可实现宽波束发射以及制作工艺简单等优点. 展开更多

关键词 弧形压电陶瓷 1-3-2 型 压电陶瓷 复合材料 换能器 宽波束

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1-3-2型压电复合材料的研制 被引量：6

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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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方形1-3-2型压电复合材料薄片的谐振性能研究 被引量：1

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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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1-3-2型复合材料的面板应力放大作用研究 被引量：1

7

作者 居伟骏 李邓化 +1 位作者 贾美娟 马永成 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第z3期2490-2492,2503,共4页

在1-3-2型压电复合材料上表面覆盖金属面板,不仅可以解决电极引出困难的问题,而且面板的应力放大作用可以提高复合材料的压电性能。本文利用有限元分析方法分析面板应力放大作用产生的原因,讨论面板的杨氏模量、泊松比和厚度对应力放大... 在1-3-2型压电复合材料上表面覆盖金属面板,不仅可以解决电极引出困难的问题,而且面板的应力放大作用可以提高复合材料的压电性能。本文利用有限元分析方法分析面板应力放大作用产生的原因,讨论面板的杨氏模量、泊松比和厚度对应力放大作用的影响。研究结果表明:选用较小杨氏模量,较大泊松比的金属材料作为面板能有效地提高1-3-2型压电复合材料的压电性能。对于不同材料的金属面板,其最佳厚度的选取范围是不同的,只有选择了适当的厚度,才能最大限度地发挥面板的应力放大作用。 展开更多

关键词 面板 应力放大 1-3-2型压电复合材料 有限元分析

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类1-3型TiO_2颗粒填充聚氨酯复合材料的制备及粘弹性 被引量：2

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作者 钮晨光 冯扬 +4 位作者 赵红 王明先 张玉生 董旭峰 齐民 《功能材料》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期5174-5179,共6页

采用化学沉淀法制备出TiO_2颗粒,SEM结果表明该颗粒为平均粒径660nm的圆润球体。以该种TiO_2颗粒为分散相制备聚氨酯基复合材料,SEM结果证实在不加场条件下制备出了颗粒弥散分布的0-3型复合材料,而在外加电场条件下制备出了颗粒取向排... 采用化学沉淀法制备出TiO_2颗粒,SEM结果表明该颗粒为平均粒径660nm的圆润球体。以该种TiO_2颗粒为分散相制备聚氨酯基复合材料,SEM结果证实在不加场条件下制备出了颗粒弥散分布的0-3型复合材料,而在外加电场条件下制备出了颗粒取向排布的类1-3型复合材料。对所制备两种聚氨酯基复合材料进行动态粘弹性及蠕变测试。结果表明,类1-3型TiO_2颗粒填充聚氨酯复合材料比0-3型复合材料具有更高的储能模量,且类1-3型复合材料的抗蠕变性能较0-3型复合材料有显著提高。 展开更多

关键词 TiO2颗粒 类1-3型复合材料 聚氨酯 储能模量 蠕变

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基于1-3-2型压电复合宽频带水声换能器研究 被引量：17

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作者 鲜晓军 林书玉 +1 位作者 王登攀 马晋毅 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2014年第4期491-493,497,共4页

设计并制作了1-3-2型压电复合陶瓷材料,利用该型压电复合陶瓷材料具有低声阻抗,低机械品质因数(Q),高机电转换系数,电极制作工艺简单及结构稳定不易发生变形等特点,制作了水声换能器件,并进行了电声性能分析与测试。分析结果表明,基于1-... 设计并制作了1-3-2型压电复合陶瓷材料,利用该型压电复合陶瓷材料具有低声阻抗,低机械品质因数(Q),高机电转换系数,电极制作工艺简单及结构稳定不易发生变形等特点,制作了水声换能器件,并进行了电声性能分析与测试。分析结果表明,基于1-3-2型压复合材料制作的水声换能器具有在工作频带内模态单一、高发射响应及宽频带等特点。 展开更多

关键词 1-3—2型压电复合材料 水声换能器 宽频带 有限元法

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串联2-2复合材料的介电性和压电性 被引量：4

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作者 严继康 张建成 +3 位作者 陈洁 吴晓岚 沈悦 吴文彪 《压电与声光》 CSCD 北大核心 1998年第6期428-431,共4页

以ＰＺＴ为陶瓷相，以聚偏二氟乙烯（ＰＶＤＦ）为聚合物相，采用热压法制备了串联２－２型样品。测试了串联２－２型压电复合材料的介电、压电性能。实验结果表明，串联２－２型复合材料的压电应变系数ｄ３３及介电常数ε均较小；在低... 以ＰＺＴ为陶瓷相，以聚偏二氟乙烯（ＰＶＤＦ）为聚合物相，采用热压法制备了串联２－２型样品。测试了串联２－２型压电复合材料的介电、压电性能。实验结果表明，串联２－２型复合材料的压电应变系数ｄ３３及介电常数ε均较小；在低频，由于界面极化引起的夹层损耗，其介电损耗ｔｇδ则较大。 展开更多

关键词 2-2型 压电复合材料 介电性 压电性 压电陶瓷

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基于类1-3-2型压电复合陶瓷夹心式换能器性能的研究 被引量：1

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作者 鲜晓军 林书玉 张海岛 《陕西师范大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2015年第5期39-42,共4页

研究并设计了类1-3-2型压电复合材料与基于此材料的夹心式换能器,分析了类1-3-2型压电复合材料的频率特性和夹心式换能器的频率方程。利用切割法制作类1-3-2型压电复合材料,并采用该材料制作了夹心式换能器并进行了实验验证。研究表明:... 研究并设计了类1-3-2型压电复合材料与基于此材料的夹心式换能器,分析了类1-3-2型压电复合材料的频率特性和夹心式换能器的频率方程。利用切割法制作类1-3-2型压电复合材料,并采用该材料制作了夹心式换能器并进行了实验验证。研究表明:该型换能器可实现拓宽夹心式换能器工作频带,有效抑制杂散模态以及改善位移分布,可应用于大功率超声与水下大功率发射器。 展开更多

关键词 类1-3-2型复合材料 大功率 夹心式换能器 位移分布

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1-3-2压电复合材料机电理论分析和频率仿真

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作者 李洋 王宏伟 +1 位作者 于肇贤 夏丽莉 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第3期419-424,共6页

该文研究了1-3-2压电复合材料的厚度振动谐振频率与尺寸的关系。应用压电学和弹性动力学理论建立了机电等效图,对1-3-2压电复合材料的厚度振动模态进行了机电理论分析,并对其谐振频率进行了计算。利用有限元仿真软件分析了在厚度振动模... 该文研究了1-3-2压电复合材料的厚度振动谐振频率与尺寸的关系。应用压电学和弹性动力学理论建立了机电等效图,对1-3-2压电复合材料的厚度振动模态进行了机电理论分析,并对其谐振频率进行了计算。利用有限元仿真软件分析了在厚度振动模态下,1-3-2压电复合材料谐振频率、反谐振频率与尺寸变化的关系。结果表明,纵向尺寸比变大时,频率曲线呈下降趋势;横向尺寸比变大时,频率曲线呈上升趋势;横纵尺寸比变大时,频率曲线呈缓慢下降趋势;基底厚度变大时,频率曲线呈先减小后增大趋势。4种情况中,纵向尺寸比对于整体的谐振和反谐振频率影响最显著。 展开更多

关键词 1-3-2压电复合材料 厚度振动 机电等效图 有限元仿真 谐振频率

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串联2-2复合材料的介电击穿研究

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作者 甘国友 严继康 +2 位作者 孙加林 陈敬超 张家涛 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2001年第3期209-212,共4页

研究了串联 2 - 2型复合材料的介电击穿特性。串联 2 - 2型压电复合材料结构较为简单 ,它是研究具有复杂连通性压电复合材料的基础。根据能量守恒定律 ,推导出串联 2 - 2复合材料中压电陶瓷 PZT层上和聚合物PVDF层上的电场强度 Ec、Ep... 研究了串联 2 - 2型复合材料的介电击穿特性。串联 2 - 2型压电复合材料结构较为简单 ,它是研究具有复杂连通性压电复合材料的基础。根据能量守恒定律 ,推导出串联 2 - 2复合材料中压电陶瓷 PZT层上和聚合物PVDF层上的电场强度 Ec、Ep。由于压电陶瓷的介电常数εc(≈ 16 0 0ε0 )远远大于聚合物的介电常数εp(≈ 12ε0 ) ,因此 Ep 远远大于 Ec。尽管 PVDF的介电强度高于 PZT的介电强度 ,但由于 Ep 远远大于 Ec,所以串联 2 - 2型压电复合材料的介电击穿往往是从聚合物层开始的 ,最后导致复合材料整体被击穿。对理论计算进行了实验验证 ,结果表明 :在 PZT含量较低时 ,计算值与试验值比较接近 ,但随着复合材料中 PZT含量的提高 ,二者的偏差越来越大。文章最后定性讨论了在高 展开更多

关键词 介电击穿 串联2-2型复合材料 压电陶瓷

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超快激光制备高频1-3型PIN-PMN-PT复合材料超声换能器 被引量：1

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作者 刘友健 雷智洪 +2 位作者 吴俊伟 陈燕 纪轩荣 《压电与声光》 CAS 北大核心 2023年第2期288-293,共6页

与其他压电材料相比,1-3型压电单晶复合材料具有优异的压电性能和更匹配的声学特性,更有利于制备出性能优异的超声换能器。该文通过有限元软件COMSOL对复合材料的振动模态及阻抗特性进行了系统的研究,同时采用皮秒激光制备了高频1-3型Pb... 与其他压电材料相比,1-3型压电单晶复合材料具有优异的压电性能和更匹配的声学特性,更有利于制备出性能优异的超声换能器。该文通过有限元软件COMSOL对复合材料的振动模态及阻抗特性进行了系统的研究,同时采用皮秒激光制备了高频1-3型Pb(In_(1/2)Nb_(1/2))O_(3)-Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3)(PIN-PMN-PT)铁电单晶/环氧树脂复合材料,并进行了性能表征。该1-3复合材料机电耦合系数为0.65,声阻抗为19.96 MRayls。该复合材料可用于制备高频超声换能器,结果表明,换能器中心频率为17.68 MHz,-6 dB带宽为84.38%,插入损耗为-25.4 dB。 展开更多

关键词 1-3型压电复合材料 Pb(In_(1/2)Nb_(1/2))O_(3)-Pb(Mg_(1/3)Nb_(2/3))O_(3)-PbTiO_(3)(PIN-PMN-PT)单晶 皮秒激光 超声换能器 有限元

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高灵敏压电换能器敏感元件的研究

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作者 井苏杰 于肇贤 +1 位作者 王宏伟 邵震 《传感器与微系统》 北大核心 2025年第4期44-47,共4页

研究了一种高灵敏压电换能器敏感元件的优化问题。通过在1-3-2型压电复合材料的陶瓷小柱阵列间不注入聚合物,并在阵列上表面覆盖金属面板的方式,提升了压电敏感元件的机电耦合系数。通过理论分析,有限元仿真和实验分析了不同厚度的黄铜... 研究了一种高灵敏压电换能器敏感元件的优化问题。通过在1-3-2型压电复合材料的陶瓷小柱阵列间不注入聚合物,并在阵列上表面覆盖金属面板的方式,提升了压电敏感元件的机电耦合系数。通过理论分析,有限元仿真和实验分析了不同厚度的黄铜,硬铝和45#钢材质金属面板对换能器敏感元件谐振频率,反谐振频率,以及机电耦合系数的影响。结果表明:对确定的金属面板材质,随着厚度的增加,其谐振频率和反谐振频率均减小;在厚度为0.4~0.6 mm范围内,用黄铜面板制成的压电敏感元件具有较高的机电耦合系数。 展开更多

关键词 1-3-2型压电复合材料 有限元仿真 机电耦合系数 金属面板

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