1-3型壓電復(fù)合材料及其傳感器性能的研究.pdf

1、1-3型壓電復(fù)合材料是由一維壓電陶瓷柱平行嵌于三維連通的聚合物中而制成的具有壓電效應(yīng)的新型壓電材料。壓電陶瓷相的形狀和體積分數(shù)是影響1-3型壓電復(fù)合材料性能的關(guān)鍵。以1-3型壓電復(fù)合材料為敏感元件做成傳感器之后,其金屬底座材料的楊氏模量、泊松比、厚度對傳感器的電壓輸出會產(chǎn)生較大影響。
　　本論文首先對1-3型壓電復(fù)合材料的應(yīng)用背景和研究現(xiàn)狀進行綜合評述,介紹了有限元分析方法在壓電復(fù)合材料研究中的應(yīng)用,然后采用ANSYS有限元軟件分

2、析了壓電相形狀和體積分數(shù)對1-3型壓電復(fù)合材料性能的影響,最后模擬分析了用這種材料做成傳感器之后,金屬底座對其輸出電壓的影響。本論文的主要內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)研究了壓電相形狀對1-3型壓電復(fù)合材料性能的影響。運用ANSYS有限元軟件模擬了當壓電相為圓柱、方柱和方圓相間時,1-3型壓電復(fù)合材料內(nèi)部應(yīng)力、應(yīng)變分布圖。計算得出在這三種情況下,1-3型壓電復(fù)合材料的彈性剛度系數(shù),壓電常數(shù)和介電常數(shù)。結(jié)果發(fā)現(xiàn),壓電相形狀對1-3型壓

3、電復(fù)合材料的性能影響不大,但是1-3型壓電復(fù)合材料的壓電相為方柱和方圓相間時,其內(nèi)部最大最小應(yīng)力的分布對材料使用壽命的危害小于壓電相為圓柱的情況,研究結(jié)果為制作1-3型壓電復(fù)合材料時壓電相形狀的選擇提供了理論依據(jù)。
　　(2)對1-3型壓電復(fù)合材料壓電相為圓柱、方柱和方圓相間時,壓電相體積分數(shù)對1-3型壓電復(fù)合材料性能影響進行了研究。壓電相為一定形狀時,改變壓電相在1-3型壓電復(fù)合材料中的體積百分比,得到壓電相在不同的形狀(圓柱、

4、方柱、方圓相間)時,1-3型壓電復(fù)合材料的有效特征參數(shù)隨壓電相體積分數(shù)幾乎呈線性變化的曲線圖,研究結(jié)果為根據(jù)實際要求合理選擇壓電相的體積分數(shù)提供了有力依據(jù)。
　　(3)研究了金屬底座對1-3型壓電復(fù)合傳感器輸出電壓的影響。通過建立1-3型壓電復(fù)合傳感器的模擬圖,計算其壓電輸出,得知隨金屬底座的楊氏模量的增大(泊松比的減小)1-3型壓電復(fù)合傳感器輸出電壓逐漸增大;不同材料作為金屬底座時,隨著其厚度的增加,傳感器的輸出電壓呈現(xiàn)先增大后