基于有限元法压电纤维复合物结构模拟优化.pdfVIP

第 22 卷第 6 期 中国有色金属学报  2012 年 6 月  Vol.22 No.6  The Chinese Journal of Nonferrous Metals  Jun. 2012  文章编号：1004­0609(2012)06­1747­07  基于有限元法压电纤维复合物结构的模拟优化 林秀娟，张 斗，张晓泳，李志友，周科朝  (中南大学 粉末冶金国家重点实验室，长沙  410083)  摘 要：利用有限元软件 ANSYS 模拟分析电极结构、压电陶瓷纤维厚度及体积分数等结构参数对纤维内部电场 分布及复合物驱动应变性能的影响规律。结果表明：具有交叉指形电极结构的压电纤维复合物在纤维内部存在不 均匀电场区域，其强度和体积分数共同制约着复合物的驱动应变性能。在恒定电场条件下，当交叉指形电极宽度 为纤维厚度的一半时，复合物具有最大应变量；厚度较小的压电陶瓷纤维内部的均匀电场强度较高和体积分数较 大，进而有利于提高复合物的驱动应变性能。在恒定电压条件下，电极指间距越大，复合物的驱动应变量越小。 当指间距和指宽的比＞10时，应变量可达到理想状态的 90%。 压电陶瓷纤维体积分数越高的复合物越容易获得较 大的驱动应变性能。 关键词：压电纤维复合物；有限元法；电极结构；压电陶瓷纤维 中图分类号：TB34; TB332  文献标志码：A  Modeling and optimization of piezoelectricfiber  composites based on finite element method  LIN Xiu­juan, ZHANG Dou, ZHANG Xiao­yong, LI Zhi­you, ZHOU Ke­chao  (State KeyLaboratory of Powder Metallurgy, Central South University, Changsha 410083, China)  Abstract: The effect rules ofelectrode structure,piezoelectricceramicfiber thickness and volume fraction on the electric  field distribution in fiber and strain properties ofcomposite were simulated and analyzed by finite elementusing ANSYS.  The results show that the inhomogeneous zone exists in the fiber of piezoelectric fiber composites with interdigitated  electrode. And the strain properties of composite are influenced simultaneously by the field strength and proportion of  this zone. When the constant electric field is applied, the highest strain is generated when the electrode width is half of  the fiber thickness. The field strength and proportion of the homogeneous zone in the thinner piezoelectric ceramic fiber  are h