基于壓電耦合效應(yīng)的陶瓷壓電結(jié)構(gòu)振動特性及致動分析.pdf

1、傳統(tǒng)的壓電學(xué)作為晶體物理學(xué)的一個重要分支，研究機電相互作用過程及能量的轉(zhuǎn)換，形成了較為完整的理論體系。壓電效應(yīng)反映了晶體的彈性性能與介電性能之間的耦合。根據(jù)壓電原理設(shè)計出的壓電元件應(yīng)用于土木、機械及航空等領(lǐng)域。鋯鈦酸鉛（PZT）憑借良好的壓電、介電性能，使壓電陶瓷的應(yīng)用范圍進一步擴展。
　　本課題選擇中間為基體鋼板，上下為（PZT）壓電陶瓷的三層壓電層合懸臂板模型作為壓電振動特性分析的對象，將壓電層和基體進行耦合，使壓電層產(chǎn)生極化

2、，并與基體共同產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變。提取壓電懸臂層合板振型和固有頻率對比發(fā)現(xiàn)，壓電層為PZT4的壓電層合板同階固有頻率要比PZT5A的壓電層合板高，且振型變化也較明顯，這從固有特性角度驗證了PZT4是發(fā)射型壓電陶瓷，PZT5A是接收型壓電陶瓷。對壓電層合板施加交流電壓，通過分別改變壓電層和基體的長、寬、厚度得出的振動響應(yīng)特點，進而研究壓電層合板尺寸對于振動響應(yīng)效果的影響，即在合理范圍內(nèi)，壓電層越薄，而基體厚度越大，壓電致動作用越明顯。通過改變

3、外界激勵，發(fā)現(xiàn)其對壓電層合板振動的影響規(guī)律，即隨著外界激勵電壓的增大，壓電層合板的位移響應(yīng)和Mises應(yīng)力響應(yīng)越明顯。并依據(jù)振動響應(yīng)及壓電材料本身特點，選擇最優(yōu)致動有效電壓為200V。
　　本文選擇了三種不同尺寸的空間剛架，通過對比三種尺寸空間剛架的振型及固有頻率，發(fā)現(xiàn)剛架剛度越大，同階固有頻率越低。并對粘貼壓電片和未粘貼壓電片空間剛架的固有頻率和振型進行對比分析，粘貼壓電片后空間剛架的同階固有頻率增加0.4％~8.8%不等，說明

4、壓電片與剛架耦合后對剛架整體固有特性有影響。通過兩種尺寸的壓電片對空間剛架致動作用的對比分析，15mm×15mm×2mm壓電片的致動作用更加明顯，即致動影響范圍和程度都要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于7mm×7mm×2mm壓電片。
　　結(jié)合壓電效應(yīng)，將兩種尺寸壓電片對稱貼置于有損傷和無損傷的2m×2m×2m空間剛架相同位置，有損傷空間剛架的位移變化是無損傷情況下的2.1倍。雖然剛架損傷處位移變化不夠明顯，但是通過有限元軟件建模后進行的壓電分析，利用壓電