压电陶瓷振动地有限元分析报告ansys

《压电陶瓷振动地有限元分析报告ansys》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在应用文档-天天文库。

1、实用标准文案第一章绪论1.1压电材料概述1.1.1压电效应1880年法国物理学家皮埃尔和雅各居里兄弟在研究石英晶体的物理性质时发现：当沿着晶片的某些方向施加作用力使晶片发生变形后，晶片上相对的两个表面会出现等量的正负电荷，电荷的密度与施加的力的大小有关，这种现象称为压电现象，具有压电现象的介质称为压电体。压电效应反应了晶体的弹性性能与介电性能之间的耦合。当对压电陶瓷施加一个与极化方向平行的压力F，如图1.1（a）所示，陶瓷片将产生压缩变形，片内的正、负束缚电荷之间的距离变小，极化强度也变小。因此，原来吸附在电极上的自由电荷，有一部分被释放，片内的正、负电

2、荷之间的距离变大，极化强度也变大，因此电极上又吸附一部分自由电荷而出现充电现象。这种由机械效应转变为电效应的现象就是压电效应。压电效应包括正压电效应和逆压电效应。如图所示：图1.1压电效应示意图:（a）正压电效应（b）负压电效应正压电效应：当压电晶体在外力作用下发生形变时，在它的某些相对应的面上产生异号电荷，这种没有电场作用，只是由于形变产生的极化现象称为正压电效应。文档实用标准文案逆压电效应：当压电晶体施加一电场时，不仅产生了极化，同时还产生了形变，这种由电场产生形变的现象称为逆压电效应。1.1.2压电陶瓷的诞生与发展具有压电效应性能的陶瓷称为压电陶瓷

3、，1942年美国麻省理工学院绝缘研究室发现，在钛酸钡铁电陶瓷上施加直流高压电场，使其自发极化沿电场方向择优取向,除去电场后仍能保持一定的剩余极化,使它具有压电效应，从此诞生了压电陶瓷。钛酸钡（）陶瓷的发现促进了压电材料的发展，它不但使压电材料从一些单晶体材料发展到压电陶瓷等多晶体材料，而且在压电性能上也有了大幅度提高。当今广泛应用的压电陶瓷是PZT，即压电陶瓷，其压电效应强，稳定性好。它是由美国学者B.贾菲等人于1954年发现的二元系固溶体压电陶瓷，其机械品质因数约为钛酸钡（）陶瓷的两倍。此外，若在PZT的组成中加入后将形成三元系压电陶瓷，这类压电陶瓷的

4、性能更加优越，可适于多种不同的应用领域。1.2压电材料的应用自1942年第一个陶瓷型压电材料钛酸钡诞生以来,作为压电陶瓷的应用产品,已遍及人们生活的各个方面.压电材料作为机电耦合的纽带,其应用非常广泛，下面我们来举其中几例：①声音转换器声音转换器是最常见的应用之一。像拾音器、传声器、耳机、蜂鸣器、超声波探深仪、声纳、材料的超声波探伤仪等都可以用压电陶瓷做声音转换器。如儿童玩具上的蜂呜器就是电流通过压电陶瓷的压电效应产生振动，而发出人耳可以听得到的声音。压电陶瓷通过电子线路的控制，可产生不同频率的振动，从而发出各种不同的声音。例如电子音乐贺卡，就是通过压电

5、效应把机械振动转换为交流电信号。文档实用标准文案②压电引爆器自从第一次世界大战中英军发明了坦克，并首次在法国索姆河的战斗中使用而重创了德军后，坦克在多次战斗中大显身手。然而到了20世纪六七十年代，由于反坦克武器的发明，坦克失去了昔日的辉煌。反坦克炮发射出的穿甲弹接触坦克，就会马上爆炸，把坦克炸得粉碎。这是因为弹头上装有压电陶瓷，它能把相碰时的强大机械力转变为瞬间高电压，爆发火花而引爆炸药。③压电打火机现在煤气灶上用的一种新式电子打火机，就是利用压电陶瓷制成的。只要用手指压一下打火按钮，打火机上的压电陶瓷就能产生高电压，形成电火花而点燃煤气，可以长久使用。

6、所以压电打火机不仅使用方便，安全可靠，而且寿命长，例如一种钛铅酸铅压电陶瓷制成的打火机可使用100万次以上。除此之外，压电变压器、压电换能器、压电超声马达等也是压电陶瓷的重要应用。1.3压电陶瓷的发展现状和趋势1.3.1压电陶瓷的发展现状压电发电的基础研究工作主要是从压电陶瓷材料的特性以及影响其发电能力因素等方面展开的，国外的科学家们尝试了多种压电陶瓷发电方式，目前，有关这方面的研究已经在美国、荷兰、西班牙等国家相继开始，而国内对压电发电的研究尚处于起步阶段。1996年，荷兰的ThadStarner等利用压电陶瓷收集“开、合”笔记本电脑的运动能量，用以驱

7、动笔记本电脑，自此开创了压电发电与能量存储技术这一研究领域。文档实用标准文案日本科学家梅田干雄等（1996,1997）用一个自由落体的球去撞击表面粘有压电陶瓷的金属薄板（压电振子），并设计了一个等效的机电转化电路模型，计算了该模型能够产生电荷的数量，对利用整流桥和电容搭建的存储电路进行了转化效率方面的研究，计算得出这种存储方法的最大转换效率为35％，是太阳能电池转化效率的3倍多，同时分析得出：提高机械品质因数、机电耦合系数和降低介电损失可以进一步提高压电发电装置转化效率。但是该研究人员还指出，在实际应用中，压电发电装置很难达到理想状态的35％转化效率，目

8、前所能达到的转化效率在25％—30％之间。他们的工作证实了利用压电发电装置发电的