1-1型OPCM元件的驅(qū)動(dòng)特性研究.pdf

1、超聲波檢測作為一種較成熟的無損檢測技術(shù),能夠在不損害或不影響被檢測對象使用性能的前提下對工程結(jié)構(gòu)中的損傷進(jìn)行檢測,該技術(shù)具有可檢測厚度大、靈敏度高、速度快、成本低、對人體無害,能對缺陷進(jìn)行定位和定量等突出優(yōu)點(diǎn),在工程實(shí)踐中有著極為重要的應(yīng)用價(jià)值。應(yīng)力波驅(qū)動(dòng)器作為超聲波探傷的關(guān)鍵部件,其性能的優(yōu)劣對超聲探傷結(jié)果有著重要影響。傳統(tǒng)的壓電驅(qū)動(dòng)元件采用單一壓電陶瓷材料,具有韌性差,壓電驅(qū)動(dòng)變形量不足等缺點(diǎn)。與傳統(tǒng)的壓電陶瓷(包括單晶)相比,壓電

2、復(fù)合材料具有良好的柔順性和機(jī)械加工性能,克服了單一壓電陶瓷易碎和難以加工成大平面薄片或復(fù)雜形狀等缺點(diǎn)；為了獲得性能更加優(yōu)良的驅(qū)動(dòng)元件,本文在壓電復(fù)合材料研究的基礎(chǔ)上,采用1-1型正交異性壓電復(fù)合材料(Orthotropic PiezoelectricComposite Materials,OPCM)制備了一種新型驅(qū)動(dòng)元件。由于其自身獨(dú)特的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及兼具壓電復(fù)合材料的優(yōu)點(diǎn),1-1型OPCM驅(qū)動(dòng)元件抗沖擊性強(qiáng),且壓電驅(qū)動(dòng)變形量優(yōu)于普通壓電

3、元件。它所具有獨(dú)特的橫觀正交各向異性特點(diǎn),使得它可以聚集特定方向區(qū)域內(nèi)特征信號(hào)的能量,在特定方向產(chǎn)生定向應(yīng)力波,從而避免多余的信號(hào)干擾,提高結(jié)構(gòu)損傷的定位精度。
　　 本文從壓電材料基本理論出發(fā),對1-1型OPCM驅(qū)動(dòng)元件的驅(qū)動(dòng)原理及正交異性進(jìn)行了理論分析,為元件的制備以及進(jìn)一步研究打下了理論基礎(chǔ)。運(yùn)用有限單元法對1-1型OPCM驅(qū)動(dòng)元件的諧振頻率以及正交異性進(jìn)行了建模仿真分析,對研制的1-1型OPCM驅(qū)動(dòng)元件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究,驗(yàn)