基于PVDF复合压电效应的低强度冲击波柔性测量

为探索低强度冲击波的柔性测量技术,对PVDF(polyvinylidene fluoride)压力传感器开展冲击波加载和灵敏度标定实验,评估其低强度冲击波压力测量的可靠性。基于微结构设计改进薄膜传感器,获得适用于低强度冲击波压力测量的高灵敏柔性传感器,结果表明:单一压电工作模式的薄膜传感器测量低强度冲击波时有效输出电荷量和信噪比较低,测量结果容易受压电膜力电响应非线性、结构表面变形振动以及封装因素的影响,灵敏度系数不稳定、个体差异性大。采用周向固支的微结构设计能够将作用于薄膜传感器表面幅值较低的冲击波转换为幅值较高的面内拉应力,产生的复合压电效应可大幅提高传感器名义灵敏度系数、降低个体差异性。研制的柔性传感器在0.2～0.7 MPa压力范围内名义灵敏度约900～1 350 pC/N,相对测量误差不大于±13%。     

PVDF压电薄膜用于Hopkinson压杆测量泡沫金属的动态性能

首先对PVDF(polyvinylidene fluoride)压电薄膜在不同温度不同压力作用下的响应进行了系统的试验研究。然后在Hopkinson压杆系统的透射杆之间夹上PVDF压电薄膜,对其动态响应进行了检验。最后应用这个镶嵌PVDF压电薄膜的Hopkinson压杆系统,测试了泡沫铜材料在不同应变率下的应力应变关系。结果表明:(1)PVDF压电薄膜的压电常数D33是随温度和压力而变,实际应用时应对其进行标定;(2)PVDF压电薄膜可有效的用于Hopkinson压杆系统来测试低强度泡沫材料或低阻抗材料的动态响应;(3)当应变率小于0.1/s时,泡沫铜的塑性流动应力对应变率不敏感,在约400/s到5000/s应变率范围,应变小于40%下泡沫铜对应变率也不敏感。但当应变大于约20%,应变率高于400/s时,与低应变率下的值比较,塑性流动应力的应变率敏感性增加。     

PVDF应力测试技术及其在多孔材料爆炸冲击实验中的应用

通过精确测量Hopkinson杆子弹速度，实现了对PVDF压力传感器的动态标定，测试数据线性度良好，误差不超过1.9%，得到动态灵敏度系数K=32.83 pC/N，采用500 g TNT对“钢板-泡沫铝-钢板”复合结构进行爆炸冲击加载，测量结构间应力波的传播情况。研究结果表明:电压测试信号可以较为准确地反映弹性波与塑性波的加载时间和传播速度，PVDF对弹性应力波段高频信号的动态响应灵敏准确，与理论数据的相对误差为3.5%。测得泡沫铝材料中塑性波的传播速度为590 m/s，A₁-B₁界面塑性波透射系数达到了0.53，远高于弹性波透射系数。从机理上对应力时程曲线中出现的特殊现象进行了阐述，为相关爆炸测试提供参考。     

PVDF应力测量技术及在混凝土冲击实验中的应用

介绍了使用PVDF(polyvinylidene fluoride,聚偏二氟乙烯)应力计的应力直接测量技术。在SHPB装置上进行自制PVDF应力计动态压电系数的标定实验,分析了应力集中、横向泊松效应、摩擦效应对PVDF应力计信号及动态压电系数的影响。用PVDF应力计进行了混凝土的冲击压缩实验。利用混凝土前后端面PVDF应力计信号分析了实验过程中混凝土试样的应力均匀性。与应变计直测应变技术相结合得到了混凝土的动态应力-应变关系。     

数字散斑相关法在聚偏氟乙烯压电薄膜力学性能测试中的应用

利用数字散斑相关方法对PVDF透明压电薄膜进行了单轴拉伸力学性能研究。首先比较了喷漆与不喷漆两种条件下不同厚度薄膜的单轴拉伸曲线,发现当薄膜厚度超过一定值时,样品表面喷漆与否对测试结果无显著影响。然后,利用数字散斑相关方法对PVDF挤出薄膜进行了单轴拉伸下的应力-应变关系研究,得到了PVDF薄膜的应力-应变曲线和反映PVDF薄膜全场应变信息的三维信息图,以及线性阶段的弹性模量和泊松比。实验结果表明:数字散斑相关方法用于PVDF压电薄膜的力学性能研究是一种行之有效的方法。     

PVDF在动态应变测量中的应用

研究了用PVDF压电薄膜进行动态应变测量的原理和方法,在单向应变块上对两种PVDF应变片的应变电荷常数进行了标定,并对一维应力杆中的应变波形进行了测量。实验给出了较好的测量精度。研究结果表明,PVDF应变片在动态应变测量中具有很好的应用潜力。     

混凝土结构内冲击波应力传感器设计及其行为

为测量混凝土结构内的冲击波应力,研制了PVDF压力传感器;介绍了传感器的原理和设计思想,通过传感器的标定试验,得出传感器与混凝土介质匹配性能稳定,通过修正传感器灵敏度或采用将传感器打入包体标定的方法可减小应力测量误差;最后介绍了传感器在混凝土结构内药包爆炸应力波测试中的应用。     

PVDF压力传感器标定及在激光推进实验中的应用

详细介绍了PVDF压力传感器的设计方法和2个等效测量电路.利用SHPB系统对PVDF压力传感器的动态灵敏度进行了标定,结果显示,不同并联电阻对于PVDF压力传感器动态灵敏度的影响不大,但对脉冲推力上升时间的测量结果有影响,选择较小的并联电阻可以获得更逼真的测试信号.     

PVDF压电薄膜在应力波测量中的应用

综合介绍了PVDF压力传感器的测试原理、动态标定实验，并采用定制的PVDF压力传感器测量了不同类型分层介质在冲击载荷作用下的压力衰减，说明了PVDF压力传感器在压力测量中有着很好的前景．     

高g值加速度传感器的标定

利用Hopkinson压杆装置,采用石英晶体片压力传感器对高g值加速度传感器进行了标定,并给出了加速度传感器灵敏度系数的标定公式。实验结果表明,本文中研制的利用石英晶体片压力传感器对高g值加速度传感器进行标定的实验装置可满足标定的精度要求,而且整个校准系统结构简单,易于操作。     

PVDF压电计在低阻抗介质动态力学性能测试中的应用

介绍了ＰＶＤＦ的压电特性,讨论了用ＰＶＤＦ测试材料动态应力应变曲线的实验方法和数据处理方法,并以聚氨酯泡沫塑料为例,说明了它在对低阻抗介质的动态测试中避开了常规Ｈｏｐ ｋｉｎｓｏｎ压杆方法的难处且实验结果具有更高的精确度。     

Shock response of the commercial high explosive Detasheet

The mechanical and chemical response of the flexible commercial high explosive Detasheet^R is studied under controlled impact and plane-wave, high explosive loading. Results on nonreactive material behavior, sound speed, shock-initiation sensitivity and detonation pressure are presented. The material is found to respond in a viscous manner reminiscent of viscoelastic response of polymeric materials. Time-resolved pressure and pressure-rate measurements with PVDF piezoelectric polymer gauges are presented along with Manganin pressure and plate-dent test measurements of detonation pressure. Detonation pressures of 18GPa are indicated. Pressure measurements show initiation of reaction between 3 and 8 mm for an impact stress of 3.1 GPa. Plane wave loading wedge tests show run distances to detonation consistent with the pressure measurements, and with behavior like that of XTX8003 (80 % PETN/20 % Sylgard 182^R).This article was processed using Springer-Verlag T_EX Shock Waves macro package 1.0 and the AMS fonts, developed by the American Mathematical Society.     

PVDF压电计在动态应力测量中的应用

ＰＶＤＦ是一种新型的高分子压电型传感器材料，有较敏感的压电效应。文中讨论了ＰＶＤＦ在冲击实验中的动态标定、频响特性及压电特性。实验结果与应变片的结果进行了比较，说明ＰＶＤＦ具有噪音信号小、频响宽、瞬态响应时间短等特点，具有广泛的应用前景。文中还给出了ＰＶＤＦ用在铝试件及岩石试件中压应力波测量的试验结果。     

BUCKLING ANALYSIS OF STRETCHABLE FERROELECTRIC THIN FILM ON ELASTOMERIC SUBSTRATES

The thin stiff films on pre-stretched compliant substrates can form wrinkles, which can be controlled in micro and nanoscale systems to generate smart structures. Recently, buck- led piezoelectric/ferroelectrie nanoribbons have been reported to show an enhancement in the piezoelectric effect and stretchability, which can be applied in energy harvesting devices, sensors and memory devices instead of polymeric polyvinylidine fluoride （PVDF）. This paper studies the buckling and post-buckling process of ferroelectric thin films bonded to the pre-stretched soft layer, which in turn lies on a rigid support. Nonlinear electromechanical equations for the buckling of thin piezoelectric plates are deduced and employed to model the ferroelectric film poled in the thickness direction. Two buckling modes are analyzed and discussed： partially de-adhered buck- ling and fully adhered buckling. Transition from one buckling mode to the other is predicted and the effect of piezoelectricity on the critical buckling condition of piezoelectric film is examined.     

斜拉索横向振动的积分应变反馈控制实验研究

提出采用积分应变反馈控制方法对斜拉索平面内多模态横向振动实施主动控制,采用粘贴在拉索表面的ＰＶＤＦ压电薄膜传感拉索横向振动时的动态应变信号． 文中介绍了实验系统的组成、特点、在斜拉索比例模型上的实验研究工作以及主动控制的实验结果． 理论与实验研究结果表明积分应变反馈控制方法能明显衰减斜拉索横向振动,避免模态截断引起的溢出问题,而且控制系统实现容易、易实用化．