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相似文献
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1.
2-3型压电复合材料有效特性及其静水压性能的研究   总被引:1,自引:0,他引:1  
压电复合材料是由至少一种压电材料与非压电材料按照一定的连通方式组合在一起而构成的具有压电效应的材料。采用均匀场理论,提出了2-3型压电复合材料的代表性体积单元,通过建立串联、并联等模型预估了压电复合材料的弹性刚度常数:C11、C12、C13、C22、C23、C33,压电常数:e31e、32e、33,介电常数:3ε3。然后用有限元方法(使用了有限元分析软件ANSYS)分析了压电复合材料的材料常数,并用有限元方法验证了均匀场理论求解2-3型压电复合材料有效特性参数的准确性。根据求得的有效特性参数进一步研究了2-3型压电复合材料的静水压性能,由于求得的静水压性能值很低,又改良了2-3型压电复合材料的模型,获得了较好的静水压性能。并将改良前后2-3型压电复合材料与3-2型压电复合材料的静水压性能进行了比较。  相似文献   

2.
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。  相似文献   

3.
基于三维弹性理论和压电理论,导出了含有1-3型压电复合材料层的有限长矩形层合简支板的静力平衡方程和边界条件,给出了该层合板在叉指式电极和外力共同作用下力电耦合特性的三维精确解.数值算例的计算结果与有限元解进行了对比,取得了很好的一致性.研究了压电矩阵各向异性和刚度矩阵各向异性以及电势等因素对其挠曲面扭率最大值的影响.数值结果表明层合板扭率最大值的绝对值随压电矩阵各向异性系数Rd的增大而增大并随刚度矩阵各向异性系数Rc的减小而增加.  相似文献   

4.
基于复变函数理论和线弹性压电材料本构方程,研究了含有功能梯度界面相压电纤维复合材料平面问题的电-弹场.首先基于复变函数理论,对功能梯度界面相分层均匀化处理,然后将基体、分层均匀化后的界面相以及压电纤维的复势设定为含有待定系数的级数解形式,再通过边界条件建立相应的方程组求解复势中的待定系数,最后求得在各种载荷下压电复合材料的电-弹场.研究结果表明功能梯度界面相的材料属性对压电复合材料的电-弹场有重要的影响.  相似文献   

5.
梁板结构埋入压电片的深度和厚度优化研究   总被引:2,自引:0,他引:2  
根据梁的弯曲变形理论,以及压电材料的压电效应,对压电复合材料梁结构的应变和应力状态进行了分析。推导了压电材料埋入梁结构时其埋入深度和压电材料本身厚度的优化目标函数。根据优化目标函数,绘制出了在给定的基体材料和压电材料弹性模量比之下,压电材料的驱动力矩随埋入深度和压电材料厚度变化的三维曲面和等高线图,直观地表示出了埋入型压电材料智能结构获得最佳驱动力矩的配置方案。同时也分析了结构和压电材料两者的弹性模量之比对其结果的影响。结果表明,压电材料对于结构的作动力矩与其埋入基体材料的深度、本身厚度以及基体材料和压电材料的弹性模量之比都有着密切的联系。同时将结果也推广到了压电板结构,此时压电材料和基体材料的泊松比时其结果也有一定的影响。  相似文献   

6.
纤维压电MFC(Micro-Fiber Composite)的强致动力和高柔性等特点具有广泛的应用前景,但是材料组成结构复杂给建模带来了难处。基于Reissner-Mindlin假设,采用冯卡门非线性、中等转角及大转角几何非线性等理论,建立了MFC压电智能结构的多种几何非线性有限元模型。同时该模型考虑了压电纤维角度变化对结构形变的影响。分别对两种不同结构的MFC进行了建模与仿真,分别是MFC-d31和MFC-d33,前一种主要利用压电d31效应,而后一种主要利用压电d33效应。随后,通过一压电悬臂梁结构实验数据验证了模型的准确性。最后,利用所建模型对一种双层纤维压电智能薄板结构进行了几何非线性的计算与仿真。  相似文献   

7.
研究了1-3型正交异性压电复合材料应变传感元件的构造及传感原理;推导了应用OPCM传感元件测量各向同性材料构件和正交异性材料构件表面应力的传感方程;对OPCM元件的动静态物进行了测定;验证了这种传感元件在动态应力波检测中的优越性。  相似文献   

8.
压电多层材料中的电极-陶瓷界面裂纹和椭圆夹杂   总被引:1,自引:0,他引:1  
王旭  沈亚鹏 《力学学报》2002,34(6):881-894
首先解析研究了压电多层材料中的电极-陶瓷界面裂纹,它是对Ru最近研究工作(见ASMB J·APPI.Mech.,2000年,67卷)的补充和完善.工作表明与 Ru的结论不同,对于一般的两相压电介质,仍可获得对于这种电极-陶瓷界面裂纹的精确解答.分析显示在界面处的电弹性场仍可显现出两类奇异性:振荡型奇异性一1/2土iε。和实指数型奇异性一1/2士 k,其中ε和k 由上下两相压电材料的本构常数加以确定.获得了界面电弹性场以及裂尖处能量释放率的显式和实形式解答.也讨论了在坐标变换下界面上物理量的一些不变性质.其次探讨了压电多层材料中的椭圆夹杂问题,并获得了当压电复合系统受到远场均布机电载荷时的通解.分析表明当压电基体受到远场均布机电载荷作用时,应力场和电场在压电夹杂体上仍然均匀分布井且整个夹杂体都为等电势体  相似文献   

9.
研究了功能梯度压电上、下半空间和均匀压电层组成的夹层结构中SH波的传播性能,上、下功能梯度半空间的材料性能沿垂直于界面方向以指数函数形式变化。首先推导了SH传播时电弹场的解析解,然后利用界面条件得到了行列式形式的频散方程。基于推导的频散方程,通过数值算例表明了材料性能梯度变化、压电层厚度和材料组合方式对相速度的影响,结果对功能梯度压电材料在声波器件中的应用有参考价值。  相似文献   

10.
由于非凡的物理性能,石墨烯纳米片(GPL)被认为是最有吸引力的复合材料增强材料之一.GPL增强材料可以明显提高聚偏氟乙烯(PVDF)压电性能和力学性能.在力电载荷作用下,对含均匀石墨烯薄片增强(GSR)智能压电复合材料层合梁层间应力预测至关重要.若对受到力电耦合作用且层与层之间材料性能突变的压电层合梁层间剪切变形预测有误,则其层间应力过大可能导致层间失效.因此,论文提出一种适于分析此类问题且满足层与层之间相容性条件的有效力电耦合模型,用于含GSR致动器的复合材料层合梁层间应力分析.应用Reissner混合变分原理(RMVT),可以提高考虑力电耦合效应的横向剪应力预测精度.三维(3D)弹性理论和所选模型计算结果将用于评估所提梁模型性能.此外,还从力电载荷、压电层厚度、石墨烯体积分数和长厚比等方面对含GSR致动器复合材料层合梁力学响应特性进行了系统的研究.  相似文献   

11.
本文在经典层合板理论和三维压电材料本构方程的基础上,依据压电材料与纤维复合材料之间的相互作用、位移连续条件,建立了压电—纤维复合材料旋转耦合驱动器力学模型,并推导出电耦合方程。计算和初步实验说明,这种新型结构的压电伸缩变形—离轴纤维复合层扭转变形耦合旋转驱动器比同类型驱动器能量密度高、转矩大,且这种旋转电机结构简单紧凑、工作稳定、寿命长、预计随着研究的进一步深入,可望成为一种新型的微致驱动器而广泛应用于微型机械、精密测量和自动控制等领域。  相似文献   

12.
Based on both the spring layer interface model and the Gurtin-Murdoch surface/interface model, the anti-plane shear problem is studied for piezoelectric composites containing coated nano-elliptical fibers with imperfect interfaces. By using the complex function method and the technique of conformal mapping, the exact solutions of the electroelastic fields in fiber, coating, and matrix of piezoelectric nanocomposites are derived under far-field anti-plane mechanical and in-plane electrical loads. Furthermore, the generalized self-consistent method is used to accurately predict the effective electroelastic moduli of the piezoelectric nanocomposites containing coated nano-elliptical fibers with imperfect interfaces. Numerical examples are illustrated to show the effects of the material constants of the imperfect interface layers, the aspect ratio of the fiber section, and the fiber volume fraction on the effective electroelastic moduli of the piezoelectric nanocomposites. The results indicate that the effective electroelastic moduli of the piezoelectric nanocomposites can be significantly reduced by the interfacial debonding, but it can be improved by the surface/interface stresses at the small scale, which provides important theoretical reference for the design and optimization of piezoelectric nanodevices and nanostructures.  相似文献   

13.
A reliable understanding of the properties of 3-D braided composites is of primary importance for proper utilization of these materials. A new method is introduced to study the mechanical performance of braided composite materials using embedded optic fiber sensors. Experimental research is performed to devise a method of incorporating optic fibers into a 3-D braided composite structure. The efficacy of this new testing method is evaluated on two counts. First, the optical performance of optic fibers is studied before and after incorporated into 3-D braided composites, as well as after completion of the manufacturing process for 3-D braided composites, to validate the ability of the optic fiber to survive the manufacturing process. On the other hand, the influence of incorporated optic fiber on the original braided composite is also researched by tension and compression experiments. Second, two kinds of optic fiber sensors are co-embedded into 3-D braided composites to evaluate their respective ability  相似文献   

14.
纤维增强树脂基复合材料结构在工程应用中常常承受复杂载荷的作用, 从而使材料处于多 轴循环应力条件下. 为了更加合理地进行复合材料结构设计, 必须对复合材料多轴疲劳行为 进行深入的研究, 建立比较理想的复合材料疲劳寿命预测模型. 首先简单回顾了复合材 料单轴疲劳损伤判据及其寿命预测模型, 然后结合作者的研究结果, 总结了近年来国内外纤 维增强树脂基复合材料多轴疲劳理论的研究成果, 对各种失效准则、疲劳寿命预测模型进行 了较为深入的分析, 指出了它们各自的特点及其存在的问题, 并对复合材料多轴疲劳理论的 研究趋势作出了展望. 最后, 对目前常用的复合材料多轴疲劳实验方法进行了总结, 并指出 了各种方法的优缺点及其实验中存在的困难.  相似文献   

15.
纤维增强复合材料疲劳研究现状和发展   总被引:6,自引:0,他引:6  
朱晓阳 《力学进展》1990,20(2):174-190
纤维增强复合材料的疲劳研究是一个很活跃的领域。本文根据近20年来国内外有关复合材料疲劳研究的论文和报告,综述了当前研究的四个方面问题:①复合材料疲劳性能研究及其影响因素;②疲劳损伤的形成和裂纹扩展;③疲劳损伤模型;④疲劳寿命估算。笔者还对当前复合材料疲劳研究的发展表述了己见。  相似文献   

16.
A continuum model is presented which is capable of generating the transient electroelastic field in piezoelectric composites of periodic microstructure, caused by the sudden appearance of localized defects. These defects are simulated by associating to every one of the ten piezoelectric parameters of the constituents a distinct damage variable. This procedure enables the modeling of localized cracks, soft and stiff inclusions and cavities. As a result, the constitutive equations of the piezoelectric phases appear in a specific form that includes eigen-electromechanical field variables which represent these defects. The method of solution is based on the combination of two distinct approach. In the first one, the representative cell method is employed according to which the periodic composite, which is discretized into several cells, is reduced to a problem of a single cell in the discrete Fourier transform domain. The resulting coupled elastodynamic and electric equations, initial, boundary and interfacial conditions in the transform domain are solved by employing a wave propagation in piezoelectric composite analysis which forms the second approach. The method of solution is verified by comparison with an analytical solution for the transient response of a piezoelectric material with a semi-infinite mode III-crack. Several applications are presented for the sudden formation of cracks in homogeneous and layered piezoelectric materials which are subjected to various types of electromechanical loading, and for the sudden appearance of a cavity. The effect of electromechanical coupling on the dynamic response is discussed.  相似文献   

17.
This article studies the frost resistance of polyvinyl alcohol (PVA) fiber reinforced cementitious composites. The test samples contain different PVA fiber volume fractions such as 0, 0.5%, 1% and 2%. The freeze-thaw test is carried on in TDR type apparatus. The outward appearance, the weight loss factor and the relative dynamic elastic modulus are analyzed, and conclusions are drawn that PVA fibers can significantly improve the frost resistance of cementitious composites and frost resistance of PVA fiber reinforced cementitious composites with fiber volumetric fraction of 1% is better.  相似文献   

18.
利用挤压铸造法制备了Al2O3f Cf/ZL09短纤维混杂金属基复合材料,并探讨了炭纤维体积分数为4%时,Al2O3纤维含量变化对该复合材料耐磨性能的影响。结果表明:随着Al2O3体积分数增加,复合材料的摩擦系数逐渐增大,复合材料从轻微磨损到急剧磨损的临界转变载荷大幅度提高,并随Al2O3含量的增加而逐渐增大;在临界载荷以下,影响复合材料磨损率的Al2O3含量临界值为12%,当Al2O3含量低于临界值时复合材料磨损表面无明显剥落,而当Al2O3含量超过临界值后,复合材料磨损表面存在大量的剥落坑,磨损率增大。  相似文献   

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