压电复合材料的设计、模拟及其水声减振应用研究

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1、摘要对于潜艇水下航行器以及飞机航天器等，振动关乎着其生命力。近年来，具有振动主动控制功能的智能结构已成为研究热点，其中传感元件对结构的振动进行监测，驱动元件在微电子系统的控制下准确的动作，以改变结构的振动状态。由于压电材料具备传感与致动功能、响应速度快等优点，使其成为智能结构的重要组成部分。1．3型压电复合材料是由压电细棒平行埋于聚合物中而制成，这种材料相对于纯压电陶瓷具备更大的机电耦合性能和静水压压电优值、低的声阻抗等优点，已经在医学超声换能等领域得到了广泛的应用。同时也成为用于水下振动控制的重要候选材料。本文以水下振动控制为背景，建立了1-3型

2、压电复合材料的力电学物理模型，主要以压电相体积分数和压电细棒倾斜角度等为变量，讨论其机电耦合系数、声阻抗和静水压压电优值等性能，同时比较了不同的基体材料对它们的影响。计算结果表明：复合材料的机电耦合性能在压电相体积分数在87％时或压电细棒倾斜角度为280时达到最大值；声阻抗随着压电相含量的增大几乎成线性增大；静水压压电优值在压电相体积分数为12％时达到最大值并逐渐降低到纯压电相水平：同时选择不同的基体材料，特别是压电材料，对复合材料的机电耦合系数与静水压压电优值影响较大，但是对复合材料的声阻抗影响较小，其中具有较高的b3和硬度的压电材料与具有较低密

3、度和较高柔软性的聚合物搭配起柬制作的复合材料更适合用于水下的振动主动控制领域。关键词：压电复合材料，物理模型，主动振动控制，水卢应用两北工业人学硕士学位论文AbstractThevibrationisafatalproblemforanaircraftorasubmarine．Activecontrolofthevibration、；vitIlsmartstructureshasbeeninvestigatedbyallincreasingnumberofresearchersinrecentyears．Thevibrationcallbeacti

4、velyalteredordecreasedbythesmartstructureinwhichthesensorsensesvibrationofthestructure，andthentheactuatoractsaccuratelyunderthecontrolofmicro-electronicssystem．Piezoelectriccompositematerials，theimportantpartofsmartstructures，havetheabilitytoperformbothsensingandactuatingfunct

5、ions．The1-3piezoelectriccompositesconsistofpiezoelectricrodsparallelembeddedacrossthepolymer．Suchmaterialshavebeenexploitedeffectivelyinthepulse·echotransducersusedinmedicalultrasonicimaging、vimitsllighcouplingfactorandlowacousticimpedance．Andithasbecomeaviablecandidateforsmar

6、tactuationinunderwatervibrationcontrolling．Inthispaper,asimplemodelof1-3piezoelectriccompositeisadvancedforthematerialpropertieswhereboththeobliqueanglesandthevolumefractionofthepiezoelectricceramicrodsarecalculatedtomaximizetheelectromechanicalcouplingfactor,theacousticimpeda

7、nce，andthehydrophonefigureofmerit．Theresultsindicatethattheelectromechanicalcouplingfactorishighestatthe87％ofthefractionoftheceramicsandat280whenthepiezoelectricrodsareinclined．andtheacousticimpedancelinearlyincreaseswiththefactionoftheceramics，andthehydrophonefigureofmeritism

8、aximalat12％ofthefractionoftheceramics．Theselectionofthepiezoe