Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3-BiFeO3 无铅压电陶瓷的介电特性

采用固相反应法制备了系列(1-x)Bi0.5(Na0.82K0.18)0.5TiO3-xBiFeO3(BNKT-BFx)陶瓷.研究了该陶瓷在室温至500 ℃范围内的介电性能.结果表明:该陶瓷的介电温谱与典型弛豫铁电体的特征不同,存在两个介电反常峰和一个介电损耗峰,只在低温介电反常峰温度附近具有明显的介电常数的频率依赖性,居里温度随频率增加基本不变.首次提出了弛豫铁电体分为本征弛豫和非本征弛豫铁电体的理论.通过分析极化前和极化后陶瓷的介电温谱,发现该体系低温介电反常峰温度附近的介电频率依赖性为空间电荷和缺陷偶极子极化引起的非本征弛豫.     

BNT-BKT-BiFeO3无铅压电陶瓷的压电性能和退极化温度

采用传统陶瓷制备方法,制备了系列新型无铅压电陶瓷材料(1-x-y)Bi0.5Na0.5TiO3-xBi0.5K0.5TiO3-yBiFeO3(简写为BNT-BKT-BF-x/y).研究了该体系陶瓷微观结构、压电性能和退极化温度变化规律.结果表明:在所研究的组成范围内,所制备的材料均能够形成纯钙钛矿固溶体,陶瓷三方、四方共存的准同型相界(MPB)成分为x=0.18～0.21,y=0～0.05,在准同型相界成分附近该体系陶瓷压电性能达到最大值:d33=171pC/N,kp=0.366.采用平面机电耦合系数kp和极化相位角θmax与温度的关系来确定退极化温度,得到的结果基本相同,陶瓷的退极化温度随BF含量的增加一直降低,随BKT含量的增加先降低后升高.     

环氧树脂/石墨双极板复合材料的性能分析

以固态环氧树脂(EP)粉与石墨(G)粉混合物为原料,通过低温热压烧结制得一种双极板材料.研究了EP/G复合材料的弯曲强度和电导率随环氧树脂含量、模压温度和保温时间的影响变化.结果表明:随着环氧树脂含量的增加,EP/G复合材料的弯曲强度呈先上升后下降趋势,在EP含量为10;(质量分数)时达到最大,而电导率呈下降趋势;随模压温度的升高,EP/G复合材料的弯曲强度逐渐变大,电导率则先增长后降低;随着保温时间的延长,EP/G复合材料的弯曲强度和电导率都呈现先增长后降低的变化趋势;环氧树脂含量为10;质量分数,模压温度为275 ℃,保温时间为100 min时,所得复合材料弯曲强度为53.11 Mpa,电导率达到209.25 S/cm.     

固支矩形Mindlin板弯曲问题的辛求解体系

本文利用二类变量广义变分原理推出了Mindlin板弯曲问题的Hamilton体系,利用辛几何方法对全状态向量进行分离变量,得到相应的横向本征问题,在求出其本征值后,按本征函数展开法导出了原问题的辛本征通解。给出了一个承受集中载荷的四边固支矩形薄板的算例,按本文求解体系得到的解与经典解吻合较好。本文直接从Mindlin板弯曲问题出发,在其Hamilton体系内使用辛几何方法给出了的一套新的求解体系,突破了传统解法的局限性,具有一般性及较高的理论推广价值。     

含界面刚性线夹杂与广义压电位错双压电介质的电弹性分析

研究了双压电材料中广义压电位错与分布于界面的刚性共线线夹杂相互作用问题.基于线性压电理论Stroh框架,相应的混合边值问题,可化为常见的Hilbert问题.求解Hilben问题,得到存在界面刚性线夹杂与位错时,压电体内所有场变量的显式表达.给出了由于界面和刚性线夹杂的存在,作用于广义压电位错上的广义Peach-Koehler镜像力.对均匀压电材料这一特殊情况,给出了数值算例,讨论了位错对刚性线夹杂端部场强度因子的干涉和它们之间的相互作用.结果可作为求解界面刚性线夹杂与微裂纹交互作用问题的Green函数,也可作为边界元方法的核函数.     

压电-弹性层合梁自由振动分析的新方法

将状态空间法和微分求积法相结合,分析了压电-弹性层合梁的自由振动. 通过微分求积把状态方程在每一个节点处离散,进而求得解答. 选用不同的节点数目, 分析了方法的收敛性. 计算结果与相关文献的结果能较好地符合. 该方法 对于分析压电-弹性层合梁的工程振动问题非常方便.     

功能梯度压电材料圆板的简化理论与解析解

提出了功能梯度圆板在轴对称载荷作用下的简化理论与解析解. 引入了板理论的若干假设(Kirchhoff假设的一部分,Reissner-Mindlin假设和文中提出的假设),并假设材料常数在板厚方向按指数规律变化. 推导了板的周边固定或简支同时又接地情况下中性层法线转角的解和用Fourier-Bessel级数表示的电势解. 这个解在形式上比精确解简单得多,进行数值计算时也相当方便与快捷. 该文给出了板的周边固定、接地情况下的计算结果并进行了讨论,对于理论和方法的正确性作了验证.      

压电陶瓷快反镜的控制器设计及温度补偿研究

针对压电陶瓷快速反射镜,设计了一种基于频域分析的传递函数辨识方法,可以实现对任意已知传递函数阶次的系统进行扫频和传函拟合,再基于拟合的压电快反镜传函进行控制器设计、仿真、实物验证,对设计出的控制器进行验证。闭环性能为控制带宽为600 Hz,1V阶跃信号调节时间为12 ms,结果表明控制器性能满足要求。设备运行过程中会受到温漂影响,因此利用温度、光学偏转角和控制电压之间的关系进行温度补偿,实验结果表明温度补偿功能的温漂抑制效果达90%,极大提高了系统控制精度。     

烧结温度对(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3无铅压电陶瓷结构和电学性能的影响研究

采用固相反应法成功制备出具有ABO3型钙钛矿结构的锆钛钡钙(Ba0.85Ca0.15) (Zr0.1Ti0.9) O3无铅压电陶瓷,研究了粉体预烧温度和陶瓷片烧结温度对(Ba0.85Ca0.15) (Zr0.1Ti0.9) O3陶瓷结构和电学性能的影响.结果表明:当预烧温度为1200oC、烧结温度为1400oC可获得具有优异电学性能的(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3无铅压电陶瓷,其电学性能分别为居里温度Tc＝97 ℃,最大介电常数εmax＝14920,剩余极化强度为Pr＝9.96 μC/cm2,矫顽场Ec＝7.20 kV/cm,压电常数d33＝543 pC/N,机电耦合系数kp＝52;,其高的电学性能可以和铅基压电材料相媲美,表明(Ba0.85Ca0.15)(Zr0.1Ti0.9)O3陶瓷有望实现压电陶瓷的无铅化应用.     

压电智能结构拓扑优化研究进展

压电材料因其变形精度高、反应速度快、易于制作成小型化元件已经被广泛应用于精密驱动、振动控制、精确定位等领域。改变压电智能结构中压电元器件的位置、大小、形状等参数能够有效地改善系统的力学性能,因而吸引了许多学者和工程师的关注和研究。拓扑优化作为有效的优化工具,已经成功应用于压电智能结构的优化设计中。本文首先阐述了压电智能结构拓扑优化的背景和意义,简要回顾了压电智能结构主动控制及分析方法,并综述了面向结构静变形控制的压电智能结构优化、面向振动控制的压电智能结构优化、压电俘能器的设计与优化等三个方面的研究进展。最后,简单归纳压电智能结构拓扑优化研究中值得关注的几个问题。