三維編織壓電陶瓷基復(fù)合材料多場(chǎng)耦合性能數(shù)值研究.pdf

1、近年來(lái)，壓電復(fù)合材料依靠?jī)?yōu)異的力-電耦合性能，被廣泛用于航空航天、軍事、醫(yī)療、機(jī)器人、微機(jī)電系統(tǒng)等眾多精密控制領(lǐng)域，成為一種不可或缺的高級(jí)智能復(fù)合材料。隨著壓電復(fù)合材料在的廣泛應(yīng)用，其潛在的力學(xué)性能弊端即壓電相和非壓電相界面之間出現(xiàn)的層間性能弱、易分層、易裂紋、裂紋拓展較快等缺陷日益凸顯出來(lái)。連通方式是影響壓電復(fù)合材料性能的關(guān)鍵因素之一。傳統(tǒng)的壓電復(fù)合材料設(shè)計(jì)模式中，壓電相與非壓電相之間的界面結(jié)合方式本質(zhì)上屬于傳統(tǒng)的層合板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)模式，

2、其層合板設(shè)計(jì)理念決定著其存在層合板材料的力學(xué)弊端。三維編織結(jié)構(gòu)能夠完全克服層合板材料的分層現(xiàn)象，且具有優(yōu)異的整體力學(xué)性能。因此，本文將三維編織結(jié)構(gòu)引入到壓電復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，利用三維整體編織結(jié)構(gòu)改善壓電復(fù)合材料的力學(xué)性能。全文主要研究?jī)?nèi)容概括如下：
　　（1）詳細(xì)介紹三維編織復(fù)合材料細(xì)觀結(jié)構(gòu)幾何模型和壓電復(fù)合材料的研究現(xiàn)狀，指出當(dāng)前三維編織復(fù)合材料細(xì)觀幾何模型存在的問(wèn)題以及當(dāng)前壓電復(fù)合材料存在的力學(xué)弊端，確定本課題的主要研究?jī)?nèi)

3、容、研究的目的和意義。
　?。?）從三維四步法（1x1）矩形編織工藝入手，詳細(xì)分析攜紗器移動(dòng)規(guī)律，預(yù)制件內(nèi)部紗線空間結(jié)構(gòu)和編織紗線力學(xué)模型，建立編織預(yù)制件三次曲線幾何模型，并給出擬合后反應(yīng)實(shí)際預(yù)制件細(xì)觀結(jié)構(gòu)的幾何模型。基于建立的幾何模型和剛度平均化理論，建立編織復(fù)合材料等效彈性模量預(yù)報(bào)模型，對(duì)編織復(fù)合材料彈性性能進(jìn)行理論預(yù)報(bào)，預(yù)報(bào)結(jié)果與文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)吻合較好，驗(yàn)證本文所建模型有效性。
　　（3）將三維編織結(jié)構(gòu)引入到壓電復(fù)合材料結(jié)構(gòu)

4、設(shè)計(jì)中來(lái)改善壓電復(fù)合材料的力學(xué)性能，設(shè)計(jì)出全新的三維編織壓電復(fù)合材料。針對(duì)壓電材料特殊的力-電耦合性能，分別對(duì)其進(jìn)行位移場(chǎng)模式和電場(chǎng)模式的有限元分析，基于力電耦合方程，建立編織壓電復(fù)合材料的耦合場(chǎng)有限控制方程，并對(duì)編織壓電復(fù)合材料等效力學(xué)性能進(jìn)行了分析，對(duì)其等效力學(xué)參數(shù)隨編織工藝參數(shù)（纖維體積含量和編織角）的變化進(jìn)行了研究分析；針對(duì)壓電材料特有的雙向力-電耦合性能，分別對(duì)其進(jìn)行了壓電傳感和驅(qū)動(dòng)性能分析。
　?。?）研究熱穩(wěn)態(tài)場(chǎng)對(duì)壓