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第30卷第4期 《陶瓷学报》 V01．30，No．4 OFCERAMICS Dec．2009 2009年12月 JOI瓜NAL 文章编号：1000-2278(2009)04-0432-06 1—3型压电陶瓷纤维复合材料性能的理论分析与实验研究 戴永i，2 骆英2 摘要 叉指形电极关键尺寸和压电陶瓷纤维直径等对其传感性能的影响，并通过实验对制备的1-3型PFC传感元件的正交异性特性进 行了验证，仿真及实验结果表明该传感元件具有明显的正交异性，能区分不同方向的应力波，减小电极中心距和纤维直径能提高 传感元件的传感性能。 关键词PFC，有限元，性能参数，传感性能，正交异性 中图分类号：TQl74．75文献标识码：A 2 PFC有限元建模 1前言 2．1理论基础 压电陶瓷复合材料是由压电陶瓷和聚合物按一 本文所设计的l一3型PFC是由一维连通的压电 定的连通方式、一定的体积或质量比，以及一定的空 陶瓷纤维相平行排列于三维连通的聚合物中而形成 间几何分布复合而成的材料。采用合适的复合材料及 的两相压电陶瓷复合材料，其结构形式如图1所示。 连通结构形式，能优化材料的性能Ⅲ，压电陶瓷纤维 压电陶瓷材料压电效应的物态方程反映了晶体 Fiber 复合材料(PiezoceramicsComposite，PFC)作为 先进材料有许多传统材料所无法比拟的优越性，在航 空航天、建筑、交通、机械、化工、电子技术等领域得到 了越来越广泛的应用[21。目前，PFC主要有三种形式： Fiber 1-3 s圈，ActiveComposite(AFC)间， Composite MacroFiber Composite(ⅫFC)阎，这三种是埋置式，与 传统的单片式压电陶瓷驱动器相比，机电耦合系数和 强度韧性较高，但接收信号各方向反射干扰较大。在 前人研究基础上，文中对自行设计的可粘贴式l-3 图11—3型PFC传感元件结构示意图 型PFC传感元件传感性能的影响因素进行了有限元 Structureof1-3modePFCsensor Fig．1 element 仿真分析，并通过实验验证了其独特的正交异性，能 区分特定方向应力波信号，从而为叉指式l_3型 PFC的优化设计提供了指导。 电学量(E一电场强度，D一电位移)和力学量(盯一应 力，￡一应变)之间的相互关系。根据传感元件使用方 收稿日期：2009-10-16 基金项目：国家“863”基金资助项目(编号：2009AA032107)，国家自然科学基金资助项目(编号，江苏省研究生创新基金 (编号：CX08B-037Z) 通讯联系人：骆英，E-mail：luoying@ujs．edu．∞ 万方数据 《陶瓷学报)2009年第4期 433 图31-3型PFC传感元件有限元模型(局部) 图21—3型PFC传感元件电场示意图 Finite of1．3
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