资源描述：
《国产pvdf压电薄膜的冲击加载及卸载响应研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、第18卷第3期高压物理学报Vol.18,No.32004年9月CHINESEJOURNALOFHIGHPRESSUREPHYSICSSept.,2004文章编号:1000-5773(2004)03-0261-06*国产PVDF压电薄膜的冲击加载及卸载响应研究李焰,张向荣,谭红梅,刘晓玲,裴明敬(西北核技术研究所,陕西西安710024)摘要:对两种厚度的国产PVDF压电薄膜,用轻气炮和激波管进行了冲击加载应力-电荷曲线的标定,并与其它若干种国内外的PVDF标定曲线进行了对比和分析;采用阶梯卸载和同时测量质点速度的方法,研究了PVDF压电薄膜的冲击卸载响应特性,发现
2、有明显的滞后效应存在。关键词:PVDF;压电薄膜;动态响应;卸载;滞后效应中图分类号:O521.3文献标识码:A1引言PVDF压电薄膜以其响应快(纳秒量级)、测压范围宽(0~20GPa)、灵敏度高等许多优点,在冲击应力测量方面得到了很好的应用。为了实现对应力的精确测量,有必要对PVDF压电薄膜的冲击响应特性进行深入的研究,其中,应力-电荷曲线的标定和卸载响应特性的研究是两个重要的内容。国外在[1~4][5]这方面的研究已相当深入,且已经实现了PVDF应力传感器的标准化和商业化。国内目前已有若干个单位,如锦州电子材料厂、株州氟塑料研究所和兵器工业部五三所等,可以批
3、量生产质量较好的PVDF压电薄膜,因此,在PVDF冲击应力传感器的应用上也越来越广泛。对[6,7]PVDF应力传感器的标定,大多只局限于Hopkinson杆在较低应力(<0.3GPa)下的标定,很难满[8]足在许多爆炸和冲击加载条件下的应力测量。温殿英对80μm厚的PVDF压电薄膜用火炮在2~22GPa应力范围进行了标定,用数值模拟方法对其电响应特性进行了研究。但总的来说,对PVDF压电薄膜的冲击响应研究还远远不能满足实际应用的要求。在冲击卸载响应的研究上,国内还未见有报道。一般而言,PVDF压电薄膜有滞后效应,当应力卸载为零时,其电荷不回零,我们在PVDF的研
4、究中也发现了这一点。但也有文献发现,PVDF在小于[9]7.5GPa应力下没有明显的滞后效应。针对以上两点,采用轻气炮平面碰撞和激波管加载的方式,研究了两种国产PVDF压电薄膜的冲击加卸载响应特性。研究结果可为PVDF应力传感器的应用和研究提供参考。2实验方法2.1PVDF应力传感器研制采用锦州电子材料厂生产的PVDF压电薄膜,按图1所示的结构制成了两种PVDF应力传感器:图1PVDF应力传感器结构示意图一种厚50μm,面积8mm2(简称1#Fig.1TheschematicstructureofPVDFstressgaugePVDF);另一种*收稿日期:200
5、3-01-13;修回日期:2003-06-10基金项目:抗辐射加固技术研究基金作者简介:李焰(1969—),男,副研究员,主要研究方向为爆炸力学,动态测试.E-mail:liyan2003333@sohu.com262高压物理学报第18卷厚40μm,面积16mm2(简称2#PVDF)。整个传感器厚0.13~0.15mm,其中,铜箔引线厚0.02mm,聚酰亚胺薄膜厚0.03mm。2.2冲击加载应力-电荷曲线的标定较高应力下的标定实验在西北核技术研究所的⌀57mm轻气炮上进行。弹速为100~600m/s,静态弹靶碰撞角度小于0.5mrad。实验装置简图如图2所示。飞
6、片和靶采用同种材料(对称碰撞),按加载压力大小分别为PMMA、LY12Al和H62Cu。靶按一定的宽厚比设计,以保证传感器在有效测量时间内不受边侧稀疏的影响。飞片碰靶速度(w)由激光测速系统得到。标定原理:按照对称碰撞原理,靶中的质点速度u=w/2,测量出靶中的应力波波速D,则按冲击波关系式,有p=ρ0Du。PVDF应力传感器的输出电荷采用图3所示的“电流法”进行测量。其中,R1、R2都为50Ω。R2可以为电阻分压衰减器。示波器记录的电压波形通过积分的方法得到PVDF传感器的输出电荷波形。较低冲击压力的标定实验在西北核技术研究所的⌀130mm激波管上进行,如图4
7、所示。实验参考压力由ENDEVOC公司的一种标准压力传感器测量得到。图2轻气炮标定实验简图图3PVDF应力计测量电路示意图图4激波管标定实验简图Fig.2TheschematicofFig.3MeasurementcircuitofFig.4TheschematicofcalibrationexperimentPVDFstressgaugecalibrationexperimentonlightgasgunonshocktube2.3冲击卸载特性实验方法在轻气炮平面碰撞实验中,采用高冲击阻抗的薄飞片,碰撞低冲击阻抗的厚靶,可以实现阶梯卸载[10](Step-Re
8、lease)的应力波形(
