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基于三维细观随机模型的碳纳米颗粒/聚合物力电响应模拟
1
作者 王柱 左彦江 王俊璞 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期435-441,共7页
针对碳纳米颗粒聚合物内部导电颗粒随机分布且结构复杂的特点,本研究提出一种结合细观有限元分析与材料微观等效电路电阻计算的方法,对其力电响应行为进行模拟。首先,借助ABAQUS二次开发及改进型最近距离算法,建立碳纳米颗粒聚合物材料... 针对碳纳米颗粒聚合物内部导电颗粒随机分布且结构复杂的特点,本研究提出一种结合细观有限元分析与材料微观等效电路电阻计算的方法,对其力电响应行为进行模拟。首先,借助ABAQUS二次开发及改进型最近距离算法,建立碳纳米颗粒聚合物材料的代表性体积单元模型,通过有限元分析得到不同加载条件下相邻导电聚集体的间距变化。其次,通过转换矩阵法及隧穿电阻公式,对该复合材料所简化的随机电阻网络进行等效电阻的计算。最终以相邻导电聚集体间距为纽带,将导电聚合物电阻与全局应力相关联,得到其力电响应曲线。为验证该方法的有效性,以CB3100/硅橡胶材料为例,分别计算了不同轴向压缩应力下导电复合材料的电阻,并与文献中的数据进行对比。结果表明,该方法不仅能够有效模拟碳纳米颗粒聚合物的力电响应,且从细观尺度揭示了其应变传感机制。 展开更多
关键词 碳纳米颗粒聚合物 代表性体积单元 细观有限元 微观随机电阻网络 力电响应
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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
2
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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压电悬臂梁的力电响应及疲劳寿命分析 被引量：1
3
作者 冯逸亭 刘文光 +2 位作者 高铭阳 陈红霞 鹿青山 《失效分析与预防》 2023年第3期184-190,195,共8页
压电悬臂梁的力电响应与疲劳寿命是制约振动能量收集器深层次应用的关键。基于分布式参数建模方法,建立了压电悬臂梁的动力学模型,求解了压电悬臂梁的力电响应的解析解;借助有限元方法,开发了压电悬臂梁的仿真模型;通过实验验证了理论... 压电悬臂梁的力电响应与疲劳寿命是制约振动能量收集器深层次应用的关键。基于分布式参数建模方法,建立了压电悬臂梁的动力学模型,求解了压电悬臂梁的力电响应的解析解;借助有限元方法,开发了压电悬臂梁的仿真模型;通过实验验证了理论模型与有限元模型的准确性;应用仿真模型,分析了压电悬臂梁的几何尺寸、基体层厚度、陶瓷层厚度对力电响应的影响;基于估算的压电材料S-N曲线,探讨了各参数对压电悬臂梁疲劳寿命的影响。结果表明:当宽度、基体层和陶瓷层厚度分别从16~24 mm、0.16~0.24 mm线性增加时,压电悬臂梁的疲劳寿命近乎呈现指数形式增加,而压电悬臂梁的长度由48 mm增加到56 mm,其疲劳寿命显著降低。 展开更多
关键词 压电悬臂梁 力电响应 疲劳寿命 能量收集器
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基于力电响应的压电悬臂梁疲劳寿命预测
4
作者 冯逸亭 刘文光 吴兴意 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第17期314-322,共9页
针对压电振动能量收集器的疲劳问题,旨在研究基于力电响应的压电悬臂梁振动疲劳寿命预测方法。结合压电悬臂梁振动疲劳试验测得的试验结果,以剩余刚度理论和“两段式”疲劳寿命分析模型为基础提出一种基于谐振频率的压电悬臂梁疲劳寿命... 针对压电振动能量收集器的疲劳问题,旨在研究基于力电响应的压电悬臂梁振动疲劳寿命预测方法。结合压电悬臂梁振动疲劳试验测得的试验结果,以剩余刚度理论和“两段式”疲劳寿命分析模型为基础提出一种基于谐振频率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法;进一步分析振动疲劳过程中谐振频率变化与负载功率变化的关系模型,提出一种基于负载功率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法。结果表明:基于谐振频率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法的平均误差在10%~20%之间,其误差范围控制在1.5倍误差线以内;而基于负载功率的压电悬臂梁疲劳寿命预测方法的平均误差集中于25%左右,误差范围均控制在2倍误差线以内且属于偏安全的预测效果。 展开更多
关键词 压电悬臂梁 振动疲劳 力电响应 寿命预测
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双激励压电悬臂梁的力电响应分析
5
作者 高铭阳 刘文光 +3 位作者 吴兴意 方孟翔 陈红霞 冯逸亭 《机床与液压》 北大核心 2023年第7期51-57,共7页
压电能量收集器因其结构简单、能量密度高、不受电磁干扰、能够在较低的频率收集振动能等优点,在机械、电子和航空航天等领域具有良好的应用前景。针对提高压电振动能量收集器发电效率的动力学设计,旨在研究双激励环境下压电悬臂梁的力... 压电能量收集器因其结构简单、能量密度高、不受电磁干扰、能够在较低的频率收集振动能等优点,在机械、电子和航空航天等领域具有良好的应用前景。针对提高压电振动能量收集器发电效率的动力学设计,旨在研究双激励环境下压电悬臂梁的力电响应特性。根据Euler-Bernoulli梁理论、压电材料本构关系以及克希霍夫定律,建立双激励压电悬臂梁的机电耦合动力学模型。在此基础上,应用Galerkin法与模态叠加原理推导压电悬臂梁的力电响应表达式,建立根部应变与输出电压的关系模型。测试不同参数下单/双激励压电悬臂梁的力电响应特性,验证理论推导的合理性。最后,分析相位对双激励下压电悬臂梁输出电压的影响。结果表明:压电悬臂梁在双激励下的应变幅频响应变化规律与电压响应规律基本吻合;双激励下压电悬臂梁的力电响应曲线均呈现先增大,在接近共振频率达到极值时减小的变化趋势;激励幅值的增大导致压电悬臂梁的刚度和共振频率降低,试验测得的压电悬臂梁最大频率降为1.5 Hz;调节2种激励信号的相位,会影响输出电压响应,而且在一个周期内呈先减小后增大的趋势。 展开更多
关键词 压电悬臂梁 力电响应 双激励 能量收集
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压电涂层-功能梯度压电界面层-基底结构的二维接触问题研究 被引量：1
6
作者 崔智刚 刘铁军 《固体力学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期284-295,共12页
在多层压电元件中,由于界面处材料成分和性质的突变,常常导致界面处应力集中,使得界面处出现开裂或蠕变现象,从而大大缩短了压电元件的使用寿命.功能梯度压电材料作为界面层,可有效的缓解界面材料不匹配导致的破坏.论文主要研究利用功... 在多层压电元件中,由于界面处材料成分和性质的突变,常常导致界面处应力集中,使得界面处出现开裂或蠕变现象,从而大大缩短了压电元件的使用寿命.功能梯度压电材料作为界面层,可有效的缓解界面材料不匹配导致的破坏.论文主要研究利用功能梯度压电材料界面层连接压电涂层和基底,分析三层结构在圆柱型压头作用下的力电响应.利用傅里叶积分变换方法,论文将压电涂层-功能梯度压电层-基底结构在刚性圆柱压头作用下的二维平面应变接触问题转化为带有柯西核的奇异积分方程.运用高斯-切比雪夫积分公式,将奇异积分方程转化为线性方程组并对其进行数值求解,得到压电涂层-功能梯度压电层-基底结构在圆柱形压头作用下的应力分布和电位移分布.数值结果表明,梯度压电材料参数的变化对结构中的力电响应具有重要的影响.论文研究结果对于利用功能梯度压电界面层消除界面处的应力不连续导致的界面破坏具有重要的理论指导意义,研究结果可为功能梯度压电材料界面层的设计提供帮助. 展开更多
关键词 接触力学 功能梯度压电材料 界面层应力 傅里叶积分变换 奇异积分方程 力电响应
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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
7
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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循环荷载下1-3型水泥基压电复合材料的力电响应 被引量：1
8
作者 张峰 冯鹏举 +1 位作者 王腾 陈江瑛 《材料科学与工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期209-213,共5页
利用MTS810万能材料试验机,对1-3型水泥基压电复合材料开展了准静态单轴压缩试验和循环加载试验。结果表明:在循环荷载下,试件输出电压与施加荷载之间呈现出一一对应的响应特性;在较高应力比下,随循环周次增加,试件输出电压幅值无明显变... 利用MTS810万能材料试验机,对1-3型水泥基压电复合材料开展了准静态单轴压缩试验和循环加载试验。结果表明:在循环荷载下,试件输出电压与施加荷载之间呈现出一一对应的响应特性;在较高应力比下,随循环周次增加,试件输出电压幅值无明显变化;在较低应力比下,随循环周次增加,试件输出电压幅值呈现递减规律,加载前期电压幅值下降较快,后期逐渐趋于平稳;相同应力比时,随循环周次增加不同加载频率下,试件输出电压幅值变化规律与输出电压幅值随应力比的变化规律一致。 展开更多
关键词 1-3型水泥基压电复合材料 循环荷载 力电响应 应力比
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冲击载荷下2-2型水泥基压电复合材料力电响应特性 被引量：1
9
作者 程文杰 刘新科 +4 位作者 薛文 冯鹏举 张龙 李乙 陈江瑛 《硅酸盐通报》 CAS 北大核心 2021年第4期1079-1087,1096,共10页
研究2-2型水泥基压电复合材料在冲击载荷下的力电响应特征,利用分离式Hopkinson压杆装置进行冲击加载,借助超高速摄影技术观察试样在冲击载荷下的破坏形貌。结果表明:冲击载荷下,压电复合材料具有明显的应变率效应,是应变率敏感材料;压... 研究2-2型水泥基压电复合材料在冲击载荷下的力电响应特征,利用分离式Hopkinson压杆装置进行冲击加载,借助超高速摄影技术观察试样在冲击载荷下的破坏形貌。结果表明:冲击载荷下,压电复合材料具有明显的应变率效应,是应变率敏感材料;压电复合材料的力电响应存在一个临界值,当应力小于该临界值时,试样的电信号与施加载荷之间具有良好的线性关系;动态增强因子可以有效描述压电复合材料压缩强度的率效应规律,在线性范围内,随着应变率的增大,试样的动态增强因子也增大,且具有稳定的增长率;由Maxwell模型得到的压电复合材料应力松弛时间随应变率增大单调递减;冲击载荷下,2-2型水泥基压电复合材料与压电陶瓷的电学失效发生在力学失效之前,且均呈现“爆炸式”破碎,压电陶瓷还伴随着明显的电弧放电现象。 展开更多
关键词 水泥基压电复合材料 分离式HOPKINSON压杆 冲击载荷 破坏形貌 力电响应 灵敏度
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PVDF/GO柔性复合薄膜的制备及力电响应性能 被引量：2
10
作者 董丽杰 琚艳云 +1 位作者 楚一帆 韩婷 《长春工业大学学报》 CAS 2022年第4期487-493,共7页
采用Hummers法制备氧化石墨烯纳米粒子(GO),并通过静电纺丝技术制备不同含量的聚偏氟乙烯/氧化石墨烯(PVDF/GO)柔性纳米纤维复合薄膜,探究了GO含量对PVDF/GO复合薄膜材料的结晶行为,以及力电响应性能的影响。通过差示量热扫描法和X射线... 采用Hummers法制备氧化石墨烯纳米粒子(GO),并通过静电纺丝技术制备不同含量的聚偏氟乙烯/氧化石墨烯(PVDF/GO)柔性纳米纤维复合薄膜,探究了GO含量对PVDF/GO复合薄膜材料的结晶行为,以及力电响应性能的影响。通过差示量热扫描法和X射线衍射法分析PVDF/GO复合薄膜材料的结晶行为,采用力电响应测试装置对PVDF/GO复合薄膜材料的力电响应性能进行分析。结果表明:当GO添加量为0.4 wt.%时,PVDF/GO复合薄膜材料的结晶度和结晶中的β相含量分别为54.66%和81.44%,材料表现出优异的力电响应性能,在频率为1 Hz,2 N的作用力下,其开路电压为0.59 V,短路电流为0.12 nA,响应信号稳定清晰,为电活性高分子及其复合材料在柔性智能可穿戴器件中的应用提供了新路径。 展开更多
关键词 聚偏氟乙烯 氧化石墨烯 结晶结构 力电响应性能
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