一、铁电陶瓷PZT的实验本构研究（论文文献综述）
李婧[1]（2021）在《基于PZT-8纵向振动功率超声振子机电特性研究》文中研究说明压电陶瓷具有极优的机电性能,是高效的电-力-声能量转换系统。功率超声换能器作为一类重要的能量转换振子,广泛应用在超声清洗、超声焊接、超声化学、超声加工等领域。压电材料已被证明具有出色的低介电损耗、优异的温度和时间稳定性和大的机电耦合能力等集成特性,对超声能量传递、转换和损耗机理的研究在绿色能源应用中起到重要推动作用。基于PZT的压电振子在高压-高温-大负载下工作,压电材料的机电性能参数高度敏感依赖于外界激励和负载工况的复杂动态特征,超声振子都会有不同程度的介电损耗和弹性损耗。避免压电振子机电性能发生突变,引起压电陶瓷严重的性能退化,发生不可逆转的改变,本文研究温度和机械应力对因极化引起的压电材料缺陷-能量域结构改变做了微观形貌和物相分析,揭示了温度场和一维力场下缺陷微观效应导致压电陶瓷畴域内部的铁电行为改变的机制,开展对压电材料介电弹性体的复杂机电行为演变的研究。探索接触界面的加工质量对声传播特性的影响,研究声负载变化对超声换能系统的能量输出稳定性和声能量传输品质的影响规律,对超声压电振子的频率响应、转换效率和阻抗匹配及装配工艺参数设计提供新的研究思路。主要研究内容如下:（1）研究Pb(Ti0.52Zr0.48)O3在外界温度变化和机械应力加载过程中材料微观结构相变演化规律及升温或外部加载对PZT-8断口微观组织形貌的影响。升温效应下,断口SEM成像表明:晶体内部缺陷密度变大,多晶缺陷处出现残余可切换极化的逐渐累积,形成明显加深的晶界线,平均粒径变大;而在单轴压作用下,晶界间形成了具有更小晶粒的畴壁分界线,多晶行为逐渐演变成为晶粒间的多晶缺陷处出现的疲劳损伤,平均粒径变小。在单一温度场或一维力场下晶格结构会发生变化,不同于室温下,转变激活能低,容易产生多相的相结构的转变。加温下,三方相的一个衍射峰逐渐过渡成四方相的两个衍射峰,加压下,四方相的两个衍射峰逐渐过渡成三方相的一个衍射峰。说明结构域切换使得各晶粒中的剩余极化和内能阈值的平衡受到破坏,材料的压电性能和机电性能发生相应的变化。（2）研究加热温度（Tc）、加热时间（Tt）、轴向压力（Pp）在老化天数（ta）下对Pb(Ti0.52Zr0.48)O3谐振频率fs的影响规律,分别为预测压电陶瓷在使用工况中温度和压力对单片压电振子乃至整个谐振系统的频率漂移提供定量评价体系。建立响应变量（谐振频率变化量（Δfs））与试验变量（Tc,Tt,Pp,ta）之间非线性函数关系-二次数学预测模型。通过响应曲面建立输入变量之间交互作用对单片PZT-8压电振子谐振频率Δfs的影响评价。（3）分别探究不同温度和应力水平下单片Pb(Ti0.52Zr0.48)O3电学参数的演化规律,用映射瀑布图表征Tc、Tt、Pp在ta下压电振子的电学参数（静态电容C1、动态电阻L1和动态电感R1）的演变趋势,在大功率条件下提供作为压电振子电学品质变化的判断依据;基于压电陶瓷畴结构的温度依赖性和大机械负载下的非线性行为,采用阻抗分析仪,得到单片压电振子在热-力环境下关键性能参数的变化,获得有效机电耦合系数keff和机械品质因数Qm的老化趋势,作为因老化效应对压电材料性能高精度影响的评价参考。（4）研究接触界面表面粗糙度（Sa）对复合棒超声压电振子keff和Qm的影响规律,利用脉冲光纤激光器和共聚焦扫描显微镜得到加工工艺参数和界面质量表征,探讨超声频振动在接触界面因反射或衰减产生波形微变对超声谐振系统性能的影响规律。建立响应变量（Δfs）与输入变量（预紧螺栓直径M（mm）和面粗糙度Sa（μm））之间非线性函数关系-二次预测模型。通过M-Sa响应曲面建立M和Sa之间交互作用对复合棒压电振子谐振频率fs的影响评价,探究界面粗糙度对压电振子机电性能的影响程度。（5）研究轻负载（液面高度HL（mm））和固体负载（单轴压Ps（MPa））对复合棒超声压电振子keff和Qm的影响规律,探究因声负载的变化造成波在传播过程中的吸收散射,对换能器的能量输出和转换效率的影响规律。分别建立响应变量（Δfs）与输入变量（M和HL,M和Ps）之间的非线性函数关系-二次预测模型,通过M-HL和M-Ps响应曲面,分别建立M和HL、M和Ps之间交互作用对复合棒压电振子谐振频率fs的影响评价,探究不同负载下超声换能系统处于失谐、非匹配状态的可能程度。
刘玲[2]（2021）在《基于爆电换能器压电陶瓷电输出特性的研究》文中研究表明二十世纪以来,自供能技术得到了快速的发展,但如今许多装置中采用直接接电流的方法来给电雷管供电,静电损伤和复杂的电磁环境会使用电设备被干扰中断、点火起爆装置意外爆炸。因此急需寻找一种新型的自供能方式来代替传统的化学电池供能,以压电陶瓷为核心部件的爆电换能器的出现打破了自供能技术的局限性。爆电换能器是一种小型高功率脉冲电源,但由于爆电换能器中压电陶瓷的动态实验研究非常复杂,所以在这方面的研究较少,限制了该技术的广泛应用。本文提出利用模拟爆电换能器工作原理的方法来研究其电输出特性,其主要研究内容如下:1.通过分析爆电换能器的工作原理及等效电路,对爆电换能器中压电陶瓷堆在受到冲击载荷后的电输出特性进行理论推导,得到了压电陶瓷在受到外力作用时压电陶瓷的输出电压、压电陶瓷层数、冲击应力之间的函数关系。2.通过设计温度-压力实验来模拟爆电换能器中炸药爆炸造成的外界温度及预紧力对压电陶瓷电压的影响。得出当温度变化范围在40℃-70℃内时,温度与PZT95/5压电陶瓷的电压存在线性关系,但是温度超过70℃时,轻微的温度升高都会引起PZT95/5压电陶瓷两端电压发生明显上升;当外界温度变化范围在40℃-90℃时,给压电陶瓷施加10 Mpa的预紧力对其压电陶瓷的电输出特性的影响较小。3.通过进行SHPB冲击实验,模拟爆电换能器中冲击压电陶瓷的真实工况,研究不同冲击速度及压电陶瓷堆中不同层数PZT95/5压电陶瓷对爆电换能器中电输出特性的影响规律。得出当爆电换能器的冲击速度在7-31.3 m/s时,PZT95/5压电陶瓷产生的电压峰值与应力峰值呈正相关;当PZT95/5压电陶瓷堆的层数在1-4之间时,压电陶瓷堆产生的电压峰值与压电陶瓷片的层数呈正相关,且压电陶瓷堆在强冲击下存在击穿放电。4.进行了SHPB实验的有限元仿真,将实验中得到的不同冲击速度和不同层数PZT95/5压电陶瓷的应力时程图与仿真结果进行对比,发现仿真结果与实验结果基本吻合,说明本文中所选择的HJC模型参数能够准确的预测SHPB实验的应力变化,也说明SHPB实验的应力实验结果的准确性。
陈渝,周华将,谢少雄,徐倩,朱建国,王清远[3]（2021）在《铁电材料的疲劳失效行为》文中研究说明在航空航天、核能发电等重大装备技术领域,作为高温传感/驱动/能量收集器件的敏感材料——铋层状结构铁电（BLSF）陶瓷在复杂载荷环境下的疲劳失效问题严重限制着器件寿命和可靠性的提高.本文以BLSF陶瓷的应用需求为背景,围绕铁电材料的疲劳裂纹扩展与电畴极化翻转及其相互作用机制等关键问题,综述了铁电材料在热、力、电三种载荷及其耦合作用下疲劳失效行为的研究现状,并根据当前铁电材料的一些新发展、新应用对其未来研究方向进行了展望,旨在为高性能、长寿命铁电/压电器件设计提供参考.
尹鹤瞳[4]（2021）在《低温下PZT的电学参数测量及其冲击力电耦合机理》文中进行了进一步梳理压电陶瓷被广泛应用于高介电常数电容器、压电换能器、正温度系数元件、高位移压电致动器、纳米压电陶瓷、光限幅器以及医用超声复合材料等器件材料中,已成为生物医学、航空航天、电子信息、弹药工程等领域的核心。器件配方、工艺、形态、性能等方面的不断研究使日益成熟的压电陶瓷行业始终保持着“年轻”,并且更加广泛地应用到各个领域中。在弹药领域,压电陶瓷越来越多的应用于引信中,提高压电陶瓷电源的低温储存性和低温环境适应性是压电陶瓷领域迫切需要解决的问题。本文以-40℃～25℃的PZT-5H为研究对象,首先对不同温度下的PZT-5H进行了电学静态参数测量,然后建立了冲击载荷下低温压电陶瓷的力电耦合实验系统并开展了不同温度、不同撞击速度、不同负载下PZT-5H力电耦合实验,最后根据力电失效学、工程热力学、力电畴变学、材料力学等相关理论对低温压电陶瓷的冲击力电耦合机理进行了研究。取得的主要研究成果如下:对于低温压电陶瓷的静态电学特性,当PZT-5H的温度自25℃降至-40℃时,材料的电阻率和相对介电常数都有所降低。根据电介质理论解释了电阻率随温度降低而降低的原理,并通过德拜模型推导出了-40～25℃范围内的PZT-5H的弛豫时间。随着温度的下降,机电耦合系数呈线性上升、电畴翻转跨越的能量势垒和矫顽电场增大,而力电耦合行为减弱且剩余极化强度降低。低温压电陶瓷宏观力电耦合响应实验表明:温度降低,动态压电电压常数受撞击速度的影响随之变大。在电学短路条件下撞击PZT-5H产生放电的能量密度仅占不可恢复能量密度的1‰左右,储能电容放电能量峰值随温度的变化与电学短路条件下累积能量随温度的变化趋势类似。温度降低,储能电容充电速率增加,然而放电速率降低。结合扫描电子显微镜,从微观角度观测到压电陶瓷受霍普金森杆撞击发生断裂时,断裂处的气孔缺陷和裂纹对压电陶瓷的电输出特性有明显影响;通过空间电荷理论的分析得到了低温对电畴运动的阻碍造成压电陶瓷的冻结效应;通过X射线衍射技术计算出畴变应变,并对不同温度下的PZT-5H进行了畴变分析。基于ABAQUS仿真软件进行了霍普金森系统加载开路下低温压电陶瓷的数值模拟,并与实验结果相对比分析了低温压电陶瓷的动力学响应以及开路放电特性的数值模拟结果,通过开路下低温压电陶瓷冲击耦合实验的结果验证了低温条件下数值模拟的可靠性,节约了实验成本并为今后低温下电介质材料的力电耦合研究提供理论依据。
张峰[5]（2019）在《重复荷载下水泥基压电复合材料的电学响应及失效分析》文中指出水泥基压电复合材料的出现有望解决在线监测中传统智能材料与混凝土之间的相容性问题。本文采用切割-浇注法制备了1-3型水泥基压电复合材料。利用MTS810万能材料试验机和分离式Hopkinson压杆试验装置对PZT-5H压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料开展了准静态单轴压缩试验、循环加载试验、单次冲击压缩试验和重复冲击压缩试验研究。并通过ABAQUS有限元软件对试验结果进行仿真分析。在准静态荷载作用下,PZT-5H压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料的应力应变曲线全过程均表现出明显的非线性特性。在循环荷载作用下,PZT-5H压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料的输出电位移与施加荷载之间呈现一一对应的响应特性。通过观察试样的静态灵敏度标定结果可以发现:两种试样的静态灵敏度均存在一门槛值G点。当试样加载应力小于门槛值G点时,试样的输出电位移与所受应力之间具有较好的线性度。与此同时开展了不同的初始静载、循环幅值和加载频率对PZT-5H压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料力电响应特性影响的试验研究。结果表明:两种材料具有相同的变化规律。即在相同加载频率时,随着循环周次的增加,高应力比下,试样的输出电位移幅值无明显变化;而低应力比下,试样的输出电位移幅值呈现递减规律,且随着应力比的减小,试样输出电位移幅值递减的现象趋于明显。在相同应力比时,随着循环周次的增加,不同的加载频率下,试样输出电位移幅值下降规律一致。在冲击荷载作用下,随着加载应变率的增大,PZT-5H压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料的抗压强度均随之增大,具有明显的应变率效应,即两种材料均为应变率敏感材料。通过观察试样的动态灵敏度标定结果可以发现:两种试样的动态灵敏度亦存在一门槛值G点。当冲击荷载小于门槛值G点时,试样输出电位移与冲击荷载之间具有较好的线性度。在重复冲击荷载作用下,PZT-5H压电陶瓷与1-3型水泥基压电复合材料具有相似的变化规律。当冲击荷载小于门槛值G点时,随着冲击加载次数的增加,试样的输出电位移无明显变化,即试样具有较好的重复性;当冲击荷载大于门槛值G点时,随着冲击加载次数的增加,试样的输出电位移呈递减变化,压电性能逐渐降低。采用ABAQUS有限元软件对PZT-5H压电陶瓷和1-3型水泥基压电复合材料的静态灵敏度进行数值模拟,两种试样的仿真值与试验值均较为接近。PZT-5H压电陶瓷的相对误差为6.1%,1-3型水泥基压电复合材料的相对误差为15.5%。
刘长宜[6]（2019）在《多物理场耦合材料性能测试仪研制与试验研究》文中认为材料性能测试技术是评估材料及其制品性能指标、耐久性和可靠性的重要手段,在材料科学和装备制造领域扮演着重要角色。以压电材料、铁电材料等为代表的具有电、磁特性的功能材料在工程技术领域的应用日益广泛。这些材料通常在多物理场耦合环境下服役,其性能的研究已不仅局限在关注其机械性能,还包括电学、磁学等综合物理性能。为了获取其性能参数,并研究在实际服役条件下的性能演化规律,亟需构建涵盖力、电、热、磁多物理场耦合的加载测试环境。现有的商品化材料性能试验机主要针对单一载荷作用下的材料力学性能进行测试,不具备构建接近服役条件的力-热-电-磁多物理场耦合加载与综合物理性能测试能力。研制能构建多场耦合环境并针对材料综合物理性能进行测试的仪器,具有重要科学意义和广泛应用前景。针对现有材料性能测试设备的不足,本文提出了力-热-电-磁多物理场耦合测试方法,基于该方法研制了新型多物理场耦合材料性能测试仪,实现复杂机械载荷与多物理场的耦合加载,及相关材料物理性能参数的测量功能。与传统的试验机相比,本仪器能够更为完整、真实和丰富的获取材料在接近其实际服役环境下的各项宏观及微观性能指标,为材料的性能分析、制备及使用提供重要的试验依据。此外,本文针对材料力学性能原位测试仪器存在的测量误差进行深入分析,建立误差模型并提出误差修正算法,从试样的夹持方式、仪器与试样设计等方面提出减小测量误差的手段。在此基础上针对磁电功能材料在多物理场耦合环境下的性能测试开展研究,论文主要研究工作如下:（1）设计并研制了多物理场耦合材料性能测试仪。针对现有材料性能测试仪器的局限性,依托国家重大科学仪器设备开发专项“材料微观力学性能原位测试仪器研制与应用”（2012YQ030075）,本文研制了多物理场耦合材料性能测试仪,通过结构优化克服了空间干涉,高频应力与多维预应力耦合加载等技术问题,构建了复杂机械载荷同步精密加载的测试环境。在此基础上解决了轴向/径向可变磁场加载,长距离非接触式加热,隔热和电磁兼容等技术难点增加了包括:高/低温、电场和磁场等多种物理场环境,构建了多场耦合的复杂测试环境。实现拉伸/压缩-弯曲-扭转-疲劳的机械载荷与温度场-电场-磁场多物理场的耦合加载,及相关材料综合物理性能的测量。为了在试验过程中在线获取材料表面微区力学性能,变形损伤,微观组织形貌和温度场分布,为接近服役条件下材料微观力学性能测试提供丰富有效的手段,仪器融合了材料表面压痕测试功能与原位观测功能。研制了能够根据用户需求自由配置试验方案的控制软件,以及结合材料力学、电学、磁学理论,能够对材料的综合物理性能进行分析的配套软件,为材料的性能分析、制备及使用提供重要的试验依据。通过试验对仪器各独立加载模块的控制性能,包括快速性,准确性等进行调试,在此基础上开展了包括压缩-高温-电场、压缩-磁场、拉伸-扭转、低温-弯曲、疲劳-压痕等力-热-电-磁多场耦合材料性能测试试验。用五组试验涵盖了仪器的全部加载测试功能,在分析被测材料在复杂环境下性能的同时对仪器的功能进行测试。（2）针对复杂机械载荷加载测试无法兼容引伸计而带来的应变测量误差问题,建立仪器的误差模型,提出了拉伸、扭转、压缩和弯曲测试的误差修正算法。针对在多载荷复合加载试验中,由于无法兼容引伸计而带来的变形测量误差问题开展研究。首先针对采用仿形夹具的拉伸试验建立误差模型,并提出涉及仪器刚度和试样非标距段变形的拉伸修正算法,通过对位移传感器采集的数据进行修正,间接获取试样的标距段变形,并通过试验验证了修正算法的准确性。其次针对小型原位拉伸仪常用的三种夹持方式开展研究,结合有限元分析和试验手段对其带来的测量误差进行对比分析,总结并提出了不同夹持方式的特点及其适用场合。最后结合仪器的误差模型,提出了扭转、压缩和弯曲试验的变形测量误差修正算法,并通过拉伸-扭转和压缩-弯曲复合载荷试验证明上述修正算法在复杂载荷下的有效性。（3）基于研制的仪器在力-电-磁多场耦合环境下针对磁电功能材料开展了其典型功能特性的研究,并验证了仪器性能。利用仪器提供的多场耦合加载与测试功能,针对压电陶瓷（PZT）和超磁致伸缩合金（TbDyFe）构建力-电和力-磁耦合测试环境,研究了外载荷和偏置磁场对压电系数、介电常数、压磁系数、磁导率和柔性系数等重要铁电、铁磁性能参数的影响。基于Hamilton变分原理和最小势能原理建立磁-电-弹材料的有限元模型,结合测得的PZT陶瓷和TbDyFe合金在在多物理场耦合环境下的性能参数,对磁电复合材料进行有限元数值模拟。利用仪器构建力-磁耦合环境对磁电复合材料的磁电转换性能进行试验研究并与数值计算结果对比,验证有限元理论模型。通过试验研究,发现能够利用外载荷调控磁电复合元件的谐振频率。此外利用磁电复合元件测量交流磁场强度时,压缩载荷能够使其在较宽的偏置磁场范围内,将磁电电压系数的偏差从54%降至16%,使其获得相对稳定的灵敏系数。
雷霆[7]（2019）在《压电冲击传感器动态响应研究》文中认为现代工程技术的进步离不开传感器技术的快速发展,压电冲击传感器作为极端环境下使用的器件,对其性能的要求越来越高,但在静态测试中精度比较高的传感器,在动态测试中的误差却很大。压电陶瓷在冲击载荷作用下的力电特性直接影响压电冲击传感器的的响应特性,以往的分析与应用儿乎都是基于压电陶瓷的静态特性,目前越来越多的研究指出在较大载荷作用下压电陶瓷表现出显着的非线性特性,尤其是对于在极端环境下使用的压电冲击传感器,正确的认识压电陶瓷在冲击载荷作用下的力电特性,对认识压电冲击传感器的动态响应特性非常重要。本文围绕压电冲击传感器,通过实验和数值模拟研究其的动态响应,主要包括以下几方面内容:采用SHPB实验技术,测试了不同加载速度下压电陶瓷的力电响应特性,分析了应力、应变和电荷的变化规律,结果表明压电陶瓷在冲击载荷作用下的力电特性有显着的率相关性,随着加载速度的增加,压电陶瓷在卸载段产生电荷的能力逐渐降低,原因可能为压电陶瓷在加载过程中产生了一定程度的损伤;在冲击加载过程中,压电陶瓷的压电应变常数d33会改变且大于准静态测量结果,随着加载速度的增大,d33有逐渐增大的趋势。采用陶瓷材料常用的HJC本构模型，根据实验结果和文献数据,通过数值实验确定了 HJC模型所需要的参数,仿真了不同加载速度下压电陶瓷的力学响应特性,并与SHPB实验结果进行了对比分析,结果表明HJC模型在一定范围内可以较好的模拟冲击载荷下压电陶瓷的力学行为。测试了某型号压电冲击加速度传感器的频响特性,然后通过落锤实验,研究了不同跌落高度下,某型号压电冲击传感器的输出特性,随着跌落高度的增加,传感器输出的最大电荷近似线性增大,随着滤波频率的逐渐降低,同一跌落高度下传感器输出的最大电荷逐渐减小。对压电陶瓷采用HJC模型,仿真分析了压电冲击传感器的响应,并根据SHPB实验得到的压电应变常数d33的变化规律,修正了压电冲击传感器的仿真结果,与落锤实验进行了对比分析,结果表明修正后的仿真结果与实验吻合较好。
危权[8]（2019）在《d15型压电纤维复合材料及其抑振应用研究》文中研究表明由压电陶瓷纤维、聚合物基体和叉指电极组成的三明治结构压电纤维复合材料MFC（Macro Fiber Composite）因具有优异的压电性和良好的柔韧性而被广泛的应用于振动主动控制领域。目前应用于振动控制领域较多的是d31和d33两种模式MFC,二者均通过伸缩模式来控制结构振动。近年来,一种剪切型MFC因利用了较高的d15受到人们广泛关注,研究发现,这类材料能产生较大的弯曲形变。基于此,本文发展了一种d15型MFC（SMFC）的设计与制备方法,并对其电学性能开展研究,评估了SMFC对悬臂梁结构振动主动控制的可行性,具体研究工作与结论如下:采用有限元法分析了叉指电极结构以及复合纤维层厚度对MFC中沿纤维轴向电场分布的影响。仿真结果表明,保证电极两端电场和其他结构参数不变的前提下,增大电极间距以及减小电极宽度和复合纤维层厚度,有利于增大纤维中均匀活性电场区域,从而提高MFC铁电响应和驱动性能。此外,近电极边缘处电场强度随电极间距的增大显着增大,甚至超过复合材料的耐压强度,最终引起介电击穿。根据优化的结构参数,设计切割-填充法工艺路径并制备了沿纤维厚度方向极化长度方向工作的SMFC。研究压电功能相对SMFC性能的影响发现,相同电场条件下,PZT-Mn基SMFC产生的弯曲形变高于PZT-5基SMFC。研究驱动电场和环境温度对PZT-Mn基SMFC性能发现,当驱动电场较低（0.5 kV/mm）时,SMFC电滞回线几乎呈线性变化;当驱动电场为2.0 kV/mm时,其电滞回线呈“束腰”状,此时SMFC的轴向应变为3430μ?,等效剪切压电常数d*15为1715pm/V,弯曲形变为0.36 mm。SMFC的剩余极化和弯曲形变随温度升高均增大,当温度达到80°时,电滞回线出现“低头”,漏电流增大,弯曲形变减少,纤维与电极之间发生脱落,这说明在不因外界温度导致结构破坏和退极化的前提下,温度越高,SMFC的驱动性能越好。研究SMFC的铁电和驱动性能的疲劳特性发现,SMFC的剩余极化电荷在低于矫顽场时随电场加载周期的增加趋于稳定,而在高于矫顽场时逐渐下降;SMFC/Epoxy悬臂梁在低于矫顽场的驱动电场下经103次循环后弯曲形变稳定,这说明SMFC具有优良的性能稳定性。设计了振动控制实验平台,将SMFC作为抑振元件,对悬臂梁结构进行了振动主动控制研究。实验结果表明,SMFC在谐振与非谐振激励下均能有效控制悬臂梁结构振动,当悬臂梁谐振频率下对SMFC施以相同频率反相位的电激励时,可是悬臂梁的振幅衰减53%。SMFC对悬臂梁振幅衰减出现最小值,随即增大并趋于稳定,且悬臂梁振幅衰减到最小值的时间与驱动电场幅值无关。因此,对SMFC施加间断式交流电场可以使悬臂梁振幅稳定在更低的状态,从而达到更有效控制其振动的效果。
张清南[9]（2018）在《铁电纳米薄膜电-力学特性频率及尺寸相关性的计算分析研究》文中提出铁电薄膜在微机电系统、高速存储器及半导体等领域中广泛应用,其独特的电-力学特性使得它们成为新型功能材料和微电子器件领域的研究热点。例如,在铁电存储器的应用中,铁电薄膜的电畴翻转及其响应速度是一个十分关键的问题。此外,大量纳米尺寸的铁电元器件需要在非常高的加载频率下工作,加载频率将极大地影响铁电薄膜的物理性能,甚至造成器件的失效。另一方面,随着纳米制备工艺的发展,以及机电设备小型化与集成化趋势的增长,要求铁电薄膜的尺寸越来越小。尺寸的减小会带来许多新问题,例如不可忽略的表面和界面效应。因此,为了保证微电子元器件良好稳定地工作,非常有必要针对外场加载频率以及尺寸变化对铁电薄膜电-力学特性的影响开展深入系统的研究。本文采用连续介质热力学框架下的相场方法,分别研究了铁电单晶纳米薄膜和柱状晶薄膜的电-力学特性的频率和尺寸相关性。主要研究内容如下:（1）构造了铁电单晶薄膜二维相场模型,并利用与时间相关的金兹堡-朗道动力学方程计算极化强度的演变。在此模型的基础上,研究了失配应变对单晶薄膜铁电性的影响。根据相关实验研究,考虑了压缩和拉伸两种状态的失配应变,取值在-3.2%至1%之间。通过分析不同失配应变下铁电单晶薄膜的电滞回线和蝶形曲线发现,压缩失配应变可以极大地提高薄膜的剩余极化和矫顽场,而拉伸失配应变的作用正相反。进一步分析铁电单晶薄膜内部的微结构发现,压缩失配应变的增大会使得垂直于薄膜表面方向的极化增多,薄膜内部甚至出现环形畴结构。随着电场变化,极化矢量发生瞬间180°翻转。而在拉伸失配应变的作用下,平行于薄膜表面的极化较多,并且可以形成水平方向的180°畴结构。极化矢量随着电场变化发生90°翻转。（2）针对钛酸钡铁电单晶薄膜,分别开展了外电场加载频率和薄膜厚度对其电-力学特性的影响研究。在频率效应的研究中,电场加载频率的范围为0.1-100 k Hz,分别计算了失配应变为-0.1%和-1.74%时薄膜的频率响应。研究表明,在低频范围（0.1-20 k Hz）,随着频率的增大矫顽场迅速增大而剩余极化增幅较小。当频率超过20 k Hz,矫顽场小幅度增大而剩余极化迅速减小,同时电滞回线变成椭圆形并且蝶形曲线的尾部特征消失。在低频范围内,薄膜铁电性的频率响应对失配应变更敏感。通过观察薄膜内部微结构发现,在频率较低时,薄膜内部极化通常发生完整的180°翻转;而在较高频率作用下,极化较难发生偏转,导致薄膜内部的极化不再饱和。在薄膜厚度影响的研究中发现,随着薄膜厚度从100 nm减小到5 nm,剩余极化和矫顽场均增大,而介电常数和压电常数均减小。这是由于电畴结构特征与薄膜厚度有很大相关性。在厚度较大的薄膜中容易出现多畴结构,其与厚度较小时薄膜内部的单畴结构相比更易发生翻转,从而导致了计算观察到的尺寸效应。（3）柱状晶铁电薄膜的特殊结构使其具有不同于一般薄膜的优良特性。为此,开展了柱状晶铁电薄膜特性的频率和尺寸相关性研究。构造了柱状晶钛酸钡铁电薄膜的二维相场模型,其中包含四个不同晶向的特征晶粒以及低介电常数和顺电相的晶界。在模型中综合考虑了失配应变、缺陷以及低介电性表面层的影响。频率效应研究表明,柱状晶薄膜铁电性的频率响应与单晶薄膜中类似。这是由于本模型中铁电材料的迟滞行为主要是微结构演化速度与外场加载速度竞争导致的。然而,由于柱状晶薄膜中晶粒之间存在与晶粒性质不同的晶界,导致柱状晶薄膜与单晶薄膜的尺寸效应有较大差异。柱状晶薄膜的尺寸特征包括晶粒尺寸和薄膜厚度,晶界对于二者分别起到了不同的作用。在晶粒尺寸效应中,晶界的低介电常数和顺电相特性对薄膜铁电性起到了“稀释”作用。当晶粒尺寸从200 nm减小到20 nm,晶界的体积组分逐渐增大,导致了薄膜整体的矫顽场、剩余极化、介电常数和压电常数均减小。通过观察计算得到的微结构发现,晶界附近退极化场的存在使得在晶粒尺寸较小的薄膜中出现环形畴结构。而在薄膜厚度影响的研究中,晶界与晶粒间相互作用对微结构分布及演化的影响是主要因素。当晶粒尺寸固定而薄膜厚度从80 nm增大到380 nm时,矫顽场、剩余极化和压电常数均增大,介电常数减小。薄膜厚度的增大同时使得柱状晶粒纵向尺度增大,更多的电偶极子沿极轴方向排列,从而薄膜剩余极化越来越大。另一方面,晶界高度的增大也带来了更多的缺陷,在薄膜中出现了更多的多畴结构。此外,研究发现在柱状晶薄膜中主要存在两种极化翻转方式。在厚度较小的薄膜中,0-180°极化翻转起主导作用;而在厚度较大的薄膜中,大部分极化发生0-90°-180°翻转。本论文的研究工作建立了铁电薄膜微结构与其宏观电-力学特性之间的联系,为实现通过应变或尺寸调控等手段以获得铁电纳米薄膜优良特性提供了理论依据,为拓展铁电薄膜的应用范围特别是在高频领域奠定了理论基础。
伍友成[10]（2018）在《爆电电源驱动脉冲X光机的物理与技术研究》文中指出脉冲X光机在无损检测、生物医学、等离子物理、流体动力学以及材料科学等领域具有广泛应用,在特种工作环境下便携式脉冲X光机更可以发挥独特作用。本论文提出采用爆电电源作为初级能源实现脉冲驱动源小型化,发展便携式脉冲X光机的技术思想,即由爆电电源提供初始电功率,采用电感储能-断路开关技术进行脉冲调制,产生高电压快脉冲驱动X光二极管,获得窄脉冲X射线输出。论文期望发展一种功率密度高、体积小、便携式的脉冲X光机,为相关应用需求提供技术支持。论文对爆电电源驱动脉冲X光机的物理与技术开展了深入研究,分析了铁电陶瓷材料特性对爆电电源输出脉冲波形的影响,研究了爆电电源工作过程中冲击压力与强电场耦合作用下PZT 95/5铁电陶瓷的介电特性与电导特性,为爆电电源作为X光机脉冲驱动源初级能源的物理设计提供了关键数据:通过对爆电电源与电感储能-断路开关结合产生高电压快脉冲的理论计算和实验研究,实现了满足X光二极管驱动需求的小型化脉冲功率源:通过完成脉冲X光机原理样机研制,并对Richtmyer-Meshkov（RM）界面不稳定性物理实验闪光照相,验证了便携式脉冲X光机的技术可行性。论文的主要研究内容和创新点如下:1)通过对爆电电源工作过程和现有物理模型分析,建立了爆电电源全电路模型,基于电路模拟和相关实验数据,研究了三种负载（电阻、电容、电感）条件下爆电电源的放电特性,分析了铁电陶瓷介电系数、电阻率等参数对输出脉冲的影响。2)建立了脉冲电场条件下铁电陶瓷介电系数的位移电流测试方法,实验结果表明:极化PZT 95/5铁电陶瓷具有明显非线性介电特性,介电系数随着电场增强而成倍地增大;压力去极化PZT 95/5铁电陶瓷介电系数受电场影响较小。提出了实时、原位、在线测量铁电陶瓷介电系数的振荡周期实验方法,在线获得了 PZT 95/5铁电陶瓷在冲击加载过程中的动态介电系数及阻尼特性。设计了 EDFEG工作过程中铁电陶瓷漏电流的测试方法,在线测得了冲击压力作用下PZT 95/5铁电陶瓷的实时漏电流,得到了多种条件下的电阻率数据。这些材料特性数据为爆电电源的物理设计和负载电路计算提供了重要依据。3)基于爆电电源的全电路模型和金属丝电爆炸的比作用量-电阻率模型,以及PZT 95/5铁电陶瓷的材料特性,开展了爆电电源大电流模式和高电压模式的理论设计与计算分析,对爆电电源与电感储能-断路开关结合的可行性进行了论证。采用爆电电源高电压模式,实现了对电容器充电90 kV以上以及电容器放电时序的精准控制;利用17nF电容器充电75kV后对电感储能-断路开关放电,在约45Ω电阻负载上产生了前沿约5 ns、脉宽约30 ns、峰值约150 kV的高电压快脉冲,达到了驱动X光二极管的技术要求。4)通过PIC粒子模拟和电场仿真,设计了工作电压150kV的反射X光二极管,实验中X光二极管电压约130 kV、脉冲前沿约3 ns、半高宽约30 ns、电流约3.4 kA,产生的脉冲X射线半高宽15ns～20ns,1米处辐射剂量大于2.2mR,焦斑为直径约1.0 mm的空心圆环。5)开展了爆电电源驱动的脉冲X光机原理样机设计,由爆电电源和X光机主机两部份组成。实验中爆电电源对电容器充电74.5 kV,得到X光二极管电压132 kV、前沿3.0 ns、半高宽30 ns、电流3.4 kA,利用产生的X射线对锡自由面RM不稳定性的演化发展进行闪光照相,获得了清晰的瞬态图像。爆电电源驱动的便携式脉冲X光机技术得到了验证,与现有相同电压等级和辐射剂量的X光机相比,本论文研制的脉冲X光机体积减小50%以上、重量减轻70%以上,且不需要电源。
二、铁电陶瓷PZT的实验本构研究（论文开题报告）
（1）论文研究背景及目的
此处内容要求：
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景，再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题，并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例：
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
（2）本文研究方法
调查法：该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法：用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法：通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法：通过调查文献来获得资料，从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法：依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法：对研究对象进行“质”的方面的研究，这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法：通过具体的数字，使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法：运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法：这是社会科学用来分析社会现象的一种方法，从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法：通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、铁电陶瓷PZT的实验本构研究（论文提纲范文）
（1）基于PZT-8纵向振动功率超声振子机电特性研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1.绪论 |
| 1.1 压电陶瓷发展概况 |
| 1.1.1 压电材料分类 |
| 1.1.2 硬性压电材料制备方法概述 |
| 1.1.3 PZT在热-力环境下的老化效应研究现状 |
| 1.1.4 压电陶瓷机电特性研究现状 |
| 1.2 功率超声振子能量损失研究概述 |
| 1.2.1 功率超声振子研究进展 |
| 1.2.2 功率超声振子能量转换影响的研究进展 |
| 1.2.3 功率超声振子能量损失影响的研究进展 |
| 1.2.4 功率超声振子能量在接触界面的研究进展 |
| 1.3 功率超声振子在不同负载下机电性能的研究概述 |
| 1.3.1 功率超声振子在硬性负载下的研究现状 |
| 1.3.2 功率超声振子在软性负载下的研究现状 |
| 1.4 选题的背景及意义 |
| 1.5 本文的主要研究内容 |
| 2.纵向振动复合棒超声压电振子设计 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 33k纵向振动压电换能器理论设计 |
| 2.2.1 压电陶瓷元件振动模式与压电方程 |
| 2.2.2 压电材料及压电换能器的主要性能参数 |
| 2.2.3 有损耗的晶片级联的机电等效图 |
| 2.2.4 压电换能器的机械共振频率方程 |
| 2.2.5 功率超声电源的选型 |
| 2.3 33k纵向振动变幅杆理论设计 |
| 2.3.1 变幅杆主要性能参数 |
| 2.3.2 变幅杆分类 |
| 2.3.3 超声变幅杆的选型和固定 |
| 2.3.4 半波长圆截面阶梯型变幅杆频率方程 |
| 2.3.5 复合棒纵向振动超声压电振子共振频率方程 |
| 2.4 33k超声压电振子COMSOL有限元分析 |
| 2.4.1 压电振子模型建立 |
| 2.4.2 压电振子模态分析 |
| 2.4.3 压电振子谐响应分析 |
| 2.5 试验设计方法 |
| 2.6 本章小结 |
| 3.单片纵向压电振子在温度场下的机电性能演变 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 加温下Pb(Ti_(0.52)Zr_(0.48))O_3的老化理论模型 |
| 3.3 加温下Pb(Ti_(0.52)Zr_(0.48))O_3的微观组织及物相分析 |
| 3.3.1 加温试验平台 |
| 3.3.2 显微结构 |
| 3.3.3 物相结构 |
| 3.4 不同温度下单片Pb(Ti_(0.52)Zr_(0.48))O_3电学参数的演变 |
| 3.4.1 温度影响下的单片PZT-8等效电路模型 |
| 3.4.2 温度对单片PZT-8动态电容C_1的老化影响 |
| 3.4.3 温度对单片PZT-8动态电感L_1的老化影响 |
| 3.4.4 温度对单片PZT-8动态电阻R_1的老化影响 |
| 3.5 不同温度下单片Pb(Ti_(0.52)Zr_(0.48))O_3机电性能演变 |
| 3.5.1 温度对单片PZT-8谐振频率f_s的老化影响 |
| 3.5.2 温度对单片PZT-8有效机电耦合系数k_(eff)的老化影响 |
| 3.5.3 温度对单片PZT-8机械品质因数Q_m的老化影响 |
| 3.6 本章小结 |
| 4.单片纵向压电振子在一维力场下的机电性能演变 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 一维轴向压力下Pb(Ti_(0.52)Zr_(0.48))O_3的老化理论模型 |
| 4.3 一维轴向压力下Pb(Ti_(0.52)Zr_(0.48))O_3的微观组织及物相分析 |
| 4.3.1 加力试验平台 |
| 4.3.2 显微结构 |
| 4.3.3 物相结构 |
| 4.4 一维轴向压力下单片Pb(Ti_(0.52)Zr_(0.48))O_3电学参数的演变 |
| 4.4.1 单轴压影响下单片PZT-8的等效电路模型 |
| 4.4.2 一维压缩应力对单片PZT-8动态电容C_1的老化影响 |
| 4.4.3 一维压缩应力对单片PZT-8动态电感L_1的老化影响 |
| 4.4.4 一维压缩应力对单片PZT-8动态电阻R_1的老化影响 |
| 4.5 一维轴向压力下单片Pb(Ti_(0.52)Zr_(0.48))O_3的机电性能演变 |
| 4.5.1 一维压缩应力对单片PZT-8谐振频率f_s的老化影响 |
| 4.5.2 一维压缩应力对单片PZT-8有效机电耦合系数k_(eff)的老化影响 |
| 4.5.3 一维压缩应力对单片PZT-8机械品质因数Q_m的老化影响 |
| 4.6 本章小结 |
| 5.复合棒超声压电振子在接触界面的机电特性 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 接触界面建模 |
| 5.3 激光加工接触界面的表征 |
| 5.3.1 超声压电振子的装配 |
| 5.3.2 激光加工接触界面的工艺参数 |
| 5.3.3 接触界面微观形貌表征 |
| 5.3.4 接触界面粗糙度表征 |
| 5.4 复合棒超声压电振子在不同接触界面下的机电特性分析 |
| 5.4.1 接触界面粗糙度对复合棒压电振子谐振频率f_s的影响 |
| 5.4.2 接触界面粗糙度对复合棒压电振子有效机电耦合系数k_(eff)的影响 |
| 5.4.3 接触界面粗糙度对复合棒压电振子机械品质因数Q_m的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 6.复合棒超声压电振子在不同负载下的机电特性 |
| 6.1 引言 |
| 6.2 负载分类 |
| 6.3 液体负载下复合棒超声压电振子的机电特性分析 |
| 6.3.1 液体负载试验平台 |
| 6.3.2 液面高度对复合棒压电振子谐振频率f_s的影响 |
| 6.3.3 液面高度对复合棒压电振子有效机电耦合系数k_(eff)的影响 |
| 6.3.4 液面高度对复合棒压电振子机械品质因数Q_m的影响 |
| 6.4 固体负载下复合棒超声压电振子的机电特性分析 |
| 6.4.1 固体负载试验平台 |
| 6.4.2 力负载对复合棒压电振子谐振频率f_s的影响 |
| 6.4.3 力负载对复合棒压电振子有效机电耦合系数k_(eff)的影响 |
| 6.4.4 力负载对复合棒压电振子机械品质因数Q_m的影响 |
| 6.5 本章小结 |
| 7.结论与展望 |
| 7.1 主要结论 |
| 7.2 创新点 |
| 7.3 展望 |
| 参考文献 |
| 攻读博士学位期间发表的论文及所取得的研究成果 |
| 致谢 |
（2）基于爆电换能器压电陶瓷电输出特性的研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 爆电换能器相关技术简介 |
| 1.2.1 压电陶瓷简介 |
| 1.2.2 爆电换能器简介 |
| 1.3 国内外研究现状 |
| 1.3.1 国外研究现状 |
| 1.3.2 国内研究现状 |
| 1.4 本文的主要研究内容 |
| 1.5 本文的技术路线 |
| 2 爆电换能器基本理论 |
| 2.1 压电陶瓷性能分析 |
| 2.1.1 压电效应 |
| 2.1.2 压电方程 |
| 2.1.3 压电性能参数 |
| 2.1.4 压电陶瓷片材料选择 |
| 2.2 爆电换能器电输出特性理论分析 |
| 2.2.1 爆电换能器的工作原理 |
| 2.2.2 压电陶瓷受载理论分析 |
| 2.3 本章小结 |
| 3 爆电换能器电输出特性的实验研究 |
| 3.1 爆炸温度对压电陶瓷电输出特性的影响 |
| 3.1.1 压电陶瓷的温度特性 |
| 3.1.2 温度-压力实验系统 |
| 3.1.3 实验结果及分析 |
| 3.2 冲击加载对压电陶瓷电输出特性的影响 |
| 3.2.1 爆电换能器工况模拟方法 |
| 3.2.2 压电陶瓷SHPB实验 |
| 3.2.3 实验结果与分析 |
| 3.3 本章小结 |
| 4 SHPB冲击实验模拟仿真 |
| 4.1 有限元方法介绍 |
| 4.2 冲击实验仿真模拟 |
| 4.2.1 材料模型 |
| 4.2.2 建立几何模型 |
| 4.2.3 几何网格划分 |
| 4.2.4 定义边界条件 |
| 4.2.5 ANSYS后处理 |
| 4.3 模拟仿真结果分析 |
| 4.3.1 应力波传播过程 |
| 4.3.2 不同冲击速度仿真结果 |
| 4.3.3 不同层数PZT95/5 仿真结果 |
| 4.4 本章小结 |
| 5 总结与展望 |
| 5.1 本文研究工作总结 |
| 5.2 本文研究工作展望 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的研究成果 |
| 致谢 |
（3）铁电材料的疲劳失效行为（论文提纲范文）
| 1 前言 |
| 2 研究现状 |
| 2.1 力疲劳 |
| 2.2 电疲劳 |
| 2.3 热疲劳 |
| 2.4 多场耦合下的疲劳 |
| 2.5 铁电薄膜的疲劳 |
| 3 结论与讨论 |
| 4 研究展望 |
| 4.1 有关铁电材料新体系的疲劳失效研究 |
| 4.2 有关铁电材料新应用的疲劳失效研究 |
（4）低温下PZT的电学参数测量及其冲击力电耦合机理（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 课题研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 不同温度下压电陶瓷性能研究进展 |
| 1.2.2 微观铁电畴变研究进展 |
| 1.2.3 压电陶瓷储能与能量输出行为研究进展 |
| 1.2.4 冲击加载铁电陶瓷研究进展 |
| 1.2.5 仍需解决的问题 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第2章 低温下压电陶瓷的电学参数实验测量 |
| 2.1 低温静态电学参数测量方法 |
| 2.2 电阻率 |
| 2.3 介电常数 |
| 2.4 铁电性能 |
| 2.5 本章小结 |
| 第3章 开路下低温压电陶瓷的冲击力电耦合实验 |
| 3.1 实验系统方案设计 |
| 3.1.1 实验加载装置 |
| 3.1.2 低温液氮冷却系统 |
| 3.1.3 实验测试系统 |
| 3.1.4 实验基本参数 |
| 3.2 冲击载荷下低温压电陶瓷动力学响应分析 |
| 3.3 低温压电陶瓷的开路放电特性分析 |
| 3.3.1 低温力电特性 |
| 3.3.2 冻结效应 |
| 3.3.3 低温电输出特性 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 不同负载下低温压电陶瓷的冲击力电耦合实验 |
| 4.1 实验系统方案设计 |
| 4.1.1 压电陶瓷等效电路 |
| 4.1.2 不同负载电路设计 |
| 4.1.3 实验基本参数 |
| 4.2 动态性能分析 |
| 4.2.1 弹性柔顺系数 |
| 4.2.2 压电应变系数 |
| 4.2.3 冲击载荷下低温陶瓷畴变分析 |
| 4.3 动载下低温压电陶瓷的电输出能量分析 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 开路下低温压电陶瓷的冲击力电耦合数值模拟及实验验证 |
| 5.1 开路下低温压电陶瓷的冲击力电耦合数值模拟技术路线 |
| 5.2 有限元模型的建立 |
| 5.2.1 霍普金森压杆的模型建立 |
| 5.2.2 PZT-5H模型的建立与参数设置 |
| 5.2.3 压电陶瓷裂纹失效模型的建立 |
| 5.2.4 网格划分与接触设置 |
| 5.2.5 边界条件与载荷的设置 |
| 5.3 霍普金森压杆撞击过程数值模拟 |
| 5.4 数值模拟结果与分析 |
| 5.4.1 动态力学响应模拟结果与分析 |
| 5.4.2 动态力电特性模拟结果与分析 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论 |
| 参考文献 |
| 攻读硕士学位期间发表的论文和获得的科研成果 |
| 致谢 |
（5）重复荷载下水泥基压电复合材料的电学响应及失效分析（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 1 绪论 |
| 1.1 研究背景和意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 准静态荷载作用下水泥基压电复合材料的研究进展 |
| 1.2.2 冲击荷载作用下水泥基压电复合材料的研究进展 |
| 1.2.3 电场作用下水泥基压电复合材料的研究进展 |
| 1.2.4 水泥基压电复合材料力电响应特性的数值模拟 |
| 1.3 本文主要工作 |
| 2 水泥基压电复合材料的制备及性能测试 |
| 2.1 实验仪器和原材料 |
| 2.2 1-3型水泥基压电复合材料的制备 |
| 2.3 1-3 型水泥基压电复合材料的基本性能测试 |
| 2.3.1 介电性能 |
| 2.3.2 压电性能 |
| 2.3.3 机电耦合系数 |
| 2.3.4 机械品质因数 |
| 2.3.5 1-3 型水泥基压电复合材料基本性能参数 |
| 2.4 本章小结 |
| 3 循环荷载作用下材料的电学响应特性研究 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 试验方法及原理 |
| 3.3 试验结果与分析 |
| 3.3.1 准静态压缩试验 |
| 3.3.2 试样的静态灵敏度标定 |
| 3.3.3 循环加载试验 |
| 3.4 准静态荷载作用下试样的失效分析 |
| 3.5 本章小结 |
| 4 冲击荷载作用下材料的电学响应特性研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 试验方法及原理 |
| 4.3 试验结果与分析 |
| 4.3.1 单次冲击压缩试验 |
| 4.3.2 试样的动态灵敏度标定 |
| 4.3.3 重复冲击压缩试验 |
| 4.4 冲击荷载作用下试样的失效分析 |
| 4.5 本章小结 |
| 5 材料的力电响应特性数值模拟 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 压电材料的有限元分析 |
| 5.2.1 压电材料的本构方程 |
| 5.2.2 ABAQUS压电分析 |
| 5.2.3 压电陶瓷有限元模型 |
| 5.2.4 压电陶瓷仿真结果 |
| 5.3 1-3 型水泥基压电复合材料有限元分析 |
| 5.3.1 1-3 型水泥基压电复合材料有限元模型 |
| 5.3.2 1-3 型水泥基压电复合材料仿真结果 |
| 5.4 本章小结 |
| 6 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 参考文献 |
| 在学研究成果 |
| 致谢 |
（6）多物理场耦合材料性能测试仪研制与试验研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 材料力学性能测试技术国内外研究现状 |
| 1.2.1 传统单一载荷材料试验机 |
| 1.2.2 复合载荷力学性能测试技术 |
| 1.2.3 材料原位力学性能测试技术 |
| 1.3 多物理场耦合材料性能测试技术国内外研究现状 |
| 1.3.1 针对铁电材料的多物理场耦合测试技术 |
| 1.3.2 针对铁磁材料的多物理场耦合测试技术 |
| 1.3.3 针对超导材料的多物理场耦合测试技术 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 多物理场耦合材料性能测试仪研制 |
| 2.1 仪器整体架构设计分析 |
| 2.2 力-热-电-磁多物理场耦合加载功能设计分析 |
| 2.3 复杂机械载荷加载模块研制 |
| 2.4 多物理场耦合加载模块研制 |
| 2.5 原位观测模块研制 |
| 2.6 仪器测量、控制与软件模块研制 |
| 2.6.1 仪器测量与控制模块研制 |
| 2.6.2 仪器控制及分析软件研制 |
| 2.7 各独立加载单元控制性能测试试验 |
| 2.7.1 拉伸/压缩单元控制性能测试 |
| 2.7.2 扭转单元控制性能测试 |
| 2.7.3 弯曲单元和压痕单元控制性能测试 |
| 2.7.4 疲劳加载单元控制性能测试 |
| 2.8 力-热-电-磁多场耦合测试试验 |
| 2.8.1 PZT陶瓷压缩-电场-高温耦合加载试验 |
| 2.8.2 TbDyFe合金压缩-磁场耦合加载试验 |
| 2.8.3 增强碳纤维材料拉伸-扭转与低温-弯曲复合载荷试验 |
| 2.8.4 铝合金拉伸疲劳加载后表面压痕性能试验 |
| 2.9 本章小结 |
| 第3章 仪器误差模型与修正算法的建立 |
| 3.1 材料拉伸试验误差修正算法 |
| 3.1.1 拉伸变形测量方法及误差来源分析 |
| 3.1.2 材料拉伸试验的基本原理 |
| 3.1.3 拉伸误差修正算法的建立 |
| 3.1.4 拉伸误差修正算法验证试验 |
| 3.2 仪器结构对拉伸测量误差影响的研究 |
| 3.3 试样夹持方式对拉伸测量误差影响的研究 |
| 3.3.1 仿形夹持特性研究 |
| 3.3.2 摩擦夹持特性研究 |
| 3.3.3 销钉夹持特性研究 |
| 3.3.4 三种夹持方式的特点对比及其适用范围 |
| 3.4 材料扭转试验误差修正算法 |
| 3.4.1 材料扭转试验基本原理 |
| 3.4.2 扭转变形测量方法及误差来源分析 |
| 3.4.3 扭转误差修正算法验证试验 |
| 3.5 材料压缩、弯曲试验误差修正算法 |
| 3.6 误差修正算法在复合载荷加载试验下的验证 |
| 3.6.1 拉伸-扭转复合载荷加载试验 |
| 3.6.2 压缩-弯曲复合载荷加载试验 |
| 3.7 本章小结 |
| 第4章 多场耦合作用下铁磁/铁电材料性能研究 |
| 4.1 磁电功能材料的特性及应用 |
| 4.1.1 磁电功能材料 |
| 4.1.2 磁致伸缩材料的特性及应用 |
| 4.1.3 压电陶瓷的特性与应用 |
| 4.1.4 多场耦合作用下磁电功能材料的性能 |
| 4.2 力-磁耦合作用下铁磁材料的性能研究 |
| 4.2.1 铁磁材料的基础理论 |
| 4.2.2 力-磁耦合测试环境 |
| 4.2.3 力-磁耦合作用下材料柔度系数的研究 |
| 4.2.4 力-磁耦合作用下材料磁致伸缩曲线和压磁系数的研究 |
| 4.2.5 力-磁耦合作用下材料磁滞回线和相对磁导率的研究 |
| 4.3 力-电耦合作用下铁电材料的性能研究 |
| 4.3.1 铁电材料的基础理论 |
| 4.3.2 力-电耦合测试环境 |
| 4.3.3 力-电耦合作用下材料柔度系数的研究 |
| 4.3.4 力-电耦合作用下材料压电系数的研究 |
| 4.3.5 力-电耦合作用下材料介电常数的研究 |
| 4.4 本章小结 |
| 第5章 力-磁耦合作用下磁电复合材料的性能研究 |
| 5.1 磁电复合材料的研究背景 |
| 5.1.1 磁电复合材料的特性及应用 |
| 5.1.2 磁电复合材料的理论研究现状 |
| 5.2 磁电复合材料有限元模型的建立与数值模拟 |
| 5.2.1 磁电复合材料的线性本构方程 |
| 5.2.2 磁电复合材料的广义平衡方程 |
| 5.2.3 磁电复合材料的有限单元模型 |
| 5.2.4 磁电复合材料的有限元数值模拟 |
| 5.3 磁电复合材料的性能研究 |
| 5.3.1 测试环境的建立与试样制备 |
| 5.3.2 磁电复合材料的磁电转换性能测试 |
| 5.3.3 磁电复合材料在力-磁耦合作用下的性能测试 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与创新点 |
| 参考文献 |
| 攻读学位期间的主要研究成果 |
| 致谢 |
（7）压电冲击传感器动态响应研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景及意义 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 引言 |
| 1.2.2 压电效应研究现状 |
| 1.2.3 压电材料的研究现状 |
| 1.2.4 压电结构的研究现状 |
| 1.2.5 压电冲击传感器的研究现状 |
| 1.3 本文的主要研究内容 |
| 第二章 压电冲击传感器基本理论 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 压电陶瓷和压电方程 |
| 2.3 压电冲击传感器结构、特性和物理模型 |
| 2.3.1 压电冲击传感器的结构和特性 |
| 2.3.2 压电冲击传感器的物理模型 |
| 2.4 小结 |
| 第三章 冲击载荷作用下压电陶瓷的力电特性 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 压电陶瓷的SHPB实验 |
| 3.2.1 实验介绍 |
| 3.2.2 实验结果和分析 |
| 3.2.2.1 实验结果 |
| 3.2.2.2 应力-应变关系分析 |
| 3.2.2.3 电荷变化分析 |
| 3.2.2.4 电荷-应力关系分析 |
| 3.3 压电陶瓷SHPB实验的数值模拟 |
| 3.3.1 基于线弹性本构模型的数值模拟 |
| 3.3.2 基于HJC本构模型的数值模拟 |
| 3.3.2.1 HJC本构模型 |
| 3.3.2.2 HJC本构模型数值模拟 |
| 3.4 本章小结 |
| 第四章 压电冲击传感器的动态响应 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 压电冲击传感器的频响特性 |
| 4.3 压电传感器的落锤实验 |
| 4.3.1 落锤实验方法 |
| 4.3.2 落锤实验结果 |
| 4.3.3 落锤实验结果分析 |
| 4.4 落锤实验数值模拟 |
| 4.4.1 仿真模型 |
| 4.4.2 仿真结果 |
| 4.4.3 仿真结果分析 |
| 4.5 数值模拟和实验结果对比分析 |
| 4.6 本章小结 |
| 第五章 总结与展望 |
| 5.1 本文工作总结 |
| 5.2 思考与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录:攻读学位期间论文发表及学术交流情况 |
（8）d15型压电纤维复合材料及其抑振应用研究（论文提纲范文）
| 中文摘要 |
| ABSTRACT |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 引言 |
| 1.2 压电材料本构方程及其响应模式 |
| 1.2.1 压电效应及本构方程 |
| 1.2.2 压电响应模式 |
| 1.3 压电纤维复合材料的发展概况 |
| 1.3.1 压电纤维复合材料及其分类 |
| 1.3.2 压电纤维复合材料振动控制应用研究 |
| 1.3.3 d_(15) 模式压电纤维复合材料 |
| 1.3.4 压电纤维复合材料的仿真模拟研究 |
| 1.4 本论文主要研究内容 |
| 第2章 基于电场分布的SMFC结构优化设计 |
| 2.1 COMSOL MULTIPHYSICS仿真软件简介 |
| 2.2 SMFC电场分布仿真模型 |
| 2.3 SMFC中电场分布仿真分析 |
| 2.3.1 叉指电极间距对SMFC中电场分布的影响 |
| 2.3.2 叉指电极宽度对SMFC中电场分布的影响 |
| 2.3.3 压电复合纤维层厚度对SMFC中电场分布的影响 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 SMFC的制备及表征 |
| 3.1 实验原料及仪器设备 |
| 3.1.1 实验原料的选取 |
| 3.1.2 仪器设备 |
| 3.2 SMFC的制备 |
| 3.2.1 压电复合纤维层的制备 |
| 3.2.2 SMFC的封装 |
| 3.3 压电陶瓷及SMFC的结构与性能表征 |
| 3.3.1 结构表征 |
| 3.3.2 性能表征 |
| 第4章 SMFC的外场响应及疲劳特性研究 |
| 4.1 压电相体系对SMFC铁电响应和驱动性能的影响 |
| 4.1.1 压电相物性对SMFC铁电响应影响 |
| 4.1.2 压电相物性对SMFC驱动性能影响 |
| 4.2 SMFC的电场响应行为 |
| 4.2.1 外电场强度对SMFC极化响应的影响 |
| 4.2.2 外电场频率对SMFC极化响应的影响 |
| 4.3 温度对SMFC的性能的影响 |
| 4.3.1 温度对SMFC铁电性能的影响 |
| 4.3.2 温度对SMFC驱动性能的影响 |
| 4.4 SMFC的疲劳特性 |
| 4.4.1 SMFC铁电疲劳特性 |
| 4.4.2 SMFC驱动疲劳特性 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 SMFC在结构振动控制中的应用 |
| 5.1 实验系统的构建 |
| 5.1.1 实验原理概述 |
| 5.1.2 实验设备及参数 |
| 5.2 SMFC驱动悬臂梁振动频响分析 |
| 5.3 SMFC悬臂梁振动主动控制结果分析 |
| 5.3.1 谐振激励下的振动控制 |
| 5.3.2 非谐振激励下的振动控制 |
| 5.4 本章小结 |
| 第6章 结论与展望 |
| 6.1 结论 |
| 6.2 展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 硕士期间发表和待发表的论文 |
| 硕士期间参与的学术会议 |
（9）铁电纳米薄膜电-力学特性频率及尺寸相关性的计算分析研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| abstract |
| 第1章 绪论 |
| 1.1 铁电材料概述 |
| 1.1.1 铁电材料的概念及特性 |
| 1.1.2 铁电薄膜的制备及生长机理 |
| 1.1.3 铁电材料的应用领域 |
| 1.1.4 铁电材料的发展历史 |
| 1.2 国内外研究现状 |
| 1.2.1 铁电材料特性频率效应的研究进展 |
| 1.2.2 铁电材料特性尺寸效应的研究进展 |
| 1.3 相场方法概述 |
| 1.4 本文主要研究内容 |
| 第2章 铁电材料相场理论基础 |
| 2.1 引言 |
| 2.2 铁电体微结构动力学相场分析方法 |
| 2.2.1 基本方程、自由能与本构关系 |
| 2.2.2 电畴演化的动力学控制方程 |
| 2.3 有限元计算方程 |
| 2.4 本章小结 |
| 第3章 铁电单晶薄膜相场模型的建立及失配应变对其电力学特性的影响 |
| 3.1 引言 |
| 3.2 钛酸钡纳米单晶薄膜的相场模型 |
| 3.3 失配应变对钛酸钡纳米薄膜特性的影响 |
| 3.3.1 不同失配应变作用下的电滞回线与蝶形曲线 |
| 3.3.2 不同失配应变对薄膜内部微结构的影响 |
| 3.4 本章小结 |
| 第4章 铁电单晶薄膜电-力学特性的频率效应和尺寸效应研究 |
| 4.1 引言 |
| 4.2 薄膜内部初始极化状态的确定 |
| 4.3 电场加载频率对钛酸钡纳米单晶薄膜特性的影响 |
| 4.3.1 不同电场加载频率下的电滞曲线与蝶形曲线 |
| 4.3.2 薄膜内部微结构的动态频率响应 |
| 4.4 不同薄膜厚度对钛酸钡纳米单晶薄膜特性的影响 |
| 4.4.1 不同厚度的单晶薄膜的电滞回线与蝶形曲线 |
| 4.4.2 薄膜内部微结构的尺寸效应及微观机理 |
| 4.5 本章小结 |
| 第5章 柱状晶铁电薄膜电-力学特性的频率效应和尺寸效应研究 |
| 5.1 引言 |
| 5.2 柱状晶结构钛酸钡薄膜的相场模型 |
| 5.3 柱状晶结构钛酸钡薄膜特性的频率效应研究 |
| 5.3.1 不同电场加载频率下的电滞回线与蝶形曲线 |
| 5.3.2 薄膜内部微结构的动态响应 |
| 5.4 柱状晶结构钛酸钡薄膜的尺寸效应研究 |
| 5.4.1 不同晶粒尺寸对薄膜铁电性的影响 |
| 5.4.2 不同薄膜厚度对薄膜铁电性的影响 |
| 5.5 本章小结 |
| 结论与展望 |
| 结论 |
| 展望 |
| 参考文献 |
| 附录 |
| 攻读学位期间发表论文与研究成果清单 |
| 致谢 |
| 作者简介 |
（10）爆电电源驱动脉冲X光机的物理与技术研究（论文提纲范文）
| 摘要 |
| Abstract |
| 第一章 绪论 |
| 1.1 研究背景与意义 |
| 1.2 爆电电源物理基础 |
| 1.2.1 铁电陶瓷极化特性 |
| 1.2.2 爆电电源工作原理 |
| 1.2.3 爆电电源工作模式 |
| 1.2.4 PZT铁电陶瓷储能密度 |
| 1.3 研究现状 |
| 1.3.1 脉冲X光机 |
| 1.3.2 爆电电源 |
| 1.3.3 电感储能-断路开关技术 |
| 1.4 研究内容 |
| 1.5 研究特色与创新点 |
| 第二章 爆电电源物理模型与放电特性研究 |
| 2.1 爆电电源物理模型 |
| 2.1.1 恒流源模型 |
| 2.1.2 相变动力学模型 |
| 2.1.3 去极化弛豫模型 |
| 2.1.4 物理模型对比 |
| 2.2 爆电电源全电路模型 |
| 2.3 爆电电源对不同类型负载的输出特性 |
| 2.3.1 电阻负载 |
| 2.3.2 电容负载 |
| 2.3.3 电感负载 |
| 2.4 本章小结 |
| 第三章 冲击压力与强电场作用下PZT 95/5铁电陶瓷材料特性研究 |
| 3.1 介电特性 |
| 3.1.1 未压缩区介电特性研究 |
| 3.1.2 压缩区介电特性研究 |
| 3.1.3 冲击压力加载下的介电特性研究 |
| 3.2 电导特性 |
| 3.2.1 漏电流测试方法 |
| 3.2.2 实验数据分析 |
| 3.2.3 漏电流测试改进实验 |
| 3.3 本章小结 |
| 第四章 基于爆电电源的高电压快脉冲产生技术研究 |
| 4.1 理论设计与计算分析 |
| 4.1.1 EDFEG电流源模式 |
| 4.1.2 EDFEG电压源模式 |
| 4.2 实验验证与性能指标 |
| 4.2.1 大电流EDFEG驱动电感负载实验 |
| 4.2.2 高电压EDFEG脉冲驱动源实验 |
| 4.3 本章小结 |
| 第五章 脉冲X光机原理样机设计与验证 |
| 5.1 X光二极管设计 |
| 5.1.1 PIC粒子模拟 |
| 5.1.2 电场仿真分析 |
| 5.2 X光二极管实验研究 |
| 5.2.1 实验装置设计 |
| 5.2.2 X光二极管实验 |
| 5.2.3 X射线照相实验 |
| 5.3 爆电电源驱动脉冲X光机样机验证实验 |
| 5.4 本章小结 |
| 第六章 结论与展望 |
| 6.1 论文主要结论 |
| 6.2 不足之处与展望 |
| 致谢 |
| 参考文献 |
| 附录A 在读期间发表的学术论文 |
| 附录B 在读期间参加的学术会议 |
四、铁电陶瓷PZT的实验本构研究（论文参考文献）
- [1]基于PZT-8纵向振动功率超声振子机电特性研究[D]. 李婧. 中北大学, 2021
- [2]基于爆电换能器压电陶瓷电输出特性的研究[D]. 刘玲. 中北大学, 2021(09)
- [3]铁电材料的疲劳失效行为[J]. 陈渝,周华将,谢少雄,徐倩,朱建国,王清远. 力学进展, 2021(04)
- [4]低温下PZT的电学参数测量及其冲击力电耦合机理[D]. 尹鹤瞳. 沈阳理工大学, 2021(01)
- [5]重复荷载下水泥基压电复合材料的电学响应及失效分析[D]. 张峰. 宁波大学, 2019(06)
- [6]多物理场耦合材料性能测试仪研制与试验研究[D]. 刘长宜. 吉林大学, 2019(10)
- [7]压电冲击传感器动态响应研究[D]. 雷霆. 中国工程物理研究院, 2019(01)
- [8]d15型压电纤维复合材料及其抑振应用研究[D]. 危权. 武汉理工大学, 2019(07)
- [9]铁电纳米薄膜电-力学特性频率及尺寸相关性的计算分析研究[D]. 张清南. 北京理工大学, 2018(06)
- [10]爆电电源驱动脉冲X光机的物理与技术研究[D]. 伍友成. 中国工程物理研究院, 2018(04)