智能材料和“智能”材料

论述了智能材料是２１世纪材料发展的趋势和智能材料应用有的面貌，列举了今天智能结构中最突出应用的三类材料，形状记忆材料，电（磁）致流变液体和电（磁）致伸缩材料。     

阀用电-机械转换器的应用研究

介绍了传统和新型两类电-机械转换器的作用、原理及特点,并对其性能进行了分析比较;着重阐述了超磁致伸缩电-机转换器(GIANT MAGNETOSTRICTIVE ACTUATOT,GMA),压电 PZT／电致PMN伸缩型电-机转换器,形状记忆合金(SHAPE MEMORY ALLOY,SMA)在流体控制元件中的应用现状。分析结果表明:超磁致伸缩型和电致PMN伸缩型电-机转换器具有应变大,结构简单,响应快和精度高等优点,它的出现为微流体元件的驱动提供了更新更有效的方法,具有良好的应用前景。     

电致伸缩材料力学问题的位移函数解法

在Knops、Smith和Warren等人在电致伸缩问题研究的基础上,将Stratton、Landau和Lifshitz导出的电致伸缩体积力引入电致伸缩力学问题中,得出了合理的电致伸缩基本方程．并通过构造特解势函数,建立了电致伸缩力学问题的位移解法．利用变形条件、本构方程平衡方程导出了位移特势函数解所满足的Laplace方程．相应的补充解简化成一般纯弹性边界值问题,利用传统解法可以很容易求解．电致伸缩材料位移函数解法不但对各向同性材料适用,而且可以应用到各向异性材料的求解之中．最后通过算例验证了解法的正确性．     

压电智能薄壁结构电致材料和几何非线性建模与分析

随着压电智能薄壁结构在航空航天领域的广泛应用,对计算模型准确性的要求也越来越高.压电智能结构在强致动电压下会同时发生电致材料非线性和几何非线性,为了给压电智能薄壁结构的设计和应用提供更准确的模型,基于一阶剪切变形假设,同时考虑压电材料非线性本构关系以及多种几何非线性理论(包括冯卡门非线性、中等转角非线性以及大转角非线性),建立了压电智能薄壁结构在强致动电压下的几何非线性有限元模型,并通过已有研究的实验数据验证了模型的准确性.最后,基于电致材料非线性和不同几何非线性模型,进行了平板结构和半圆形压电壳体结构的仿真和分析,显示了同时考虑电致材料和几何非线性的必要性.     

智能材料在土木工程结构振动控制中的应用

随着材料技术的发展,土木工程结构振动控制用传感和驱动装置也随之智能起来,其中包括:电磁流变材料、磁致伸缩材料、记忆合金材料、压电材料等,智能材料的广泛使用,帮助工程结构抵抗振动的影响.本文从振动控制的形式开始,进而介绍了主流智能材料在工程结构振动控制中的应用.     

新型功能材料驱动的高性能电液伺服阀

与传统伺服阀相比,以新型功能材料为电-机械转换器的电液伺服阀,具有高频响、高精度和易于微型化等优点。介绍了几种基于新型功能材料(超磁致伸缩材料GMM、电致伸缩材料PMN和形状记忆合金SMA等)的电液伺服阀的结构组成和工作原理,并对它们的各自特点进行了对比分析。最后对新型功能材料,特别是超磁致伸缩材料GMM,在高性能电液伺服阀的应用现状进行了展望。     

介电弹性体复合材料的热力学和热机电稳定性

本文研究了硅橡胶介电弹性体复合材料的热力学和热机电稳定性.考虑温度、掺杂和电致伸缩变形的耦合影响,建立介电弹性体复合材料的介电常数模型,从而构建系统的电场能,基于此耦合发展的Ogden模型研究复合材料的热力学性能和热机电稳定性性能.结果表明,当电致伸缩系数减小,或材料常数比减小,或温度增加,或唯象学参数增加,或电致伸缩系数比增加时,介电弹性体临界名义电场增加,从而热力学系统的稳定性增强.这些结论对于硅橡胶纳米复合材料的设计和制备及其应用器件研究有巨大帮助.     

环/柱结构磁电复合振子的磁控谐振频率偏移

从磁电耦合的角度,探讨磁场对环/柱结构压电/磁致伸缩复合振子谐振频率的调控作用.利用磁致伸缩Tb_xDy_(1-x)Fe_(2-y)(TDF)和压电材料Pb(Zr,Ti)O_3(PZT)构成的环柱磁电复合结构,分别从理论和实验两方面研究了磁场对复合振子谐振频率的影响.从压电相和磁致伸缩材相的本构方程出发,理论推导了压电相电容与磁场、谐振频率和材料参数的函数关系,数值模拟了环/柱状磁电复合振子的基频和一级谐振频率随磁场的变化;实验研究了环/柱状复合振子的谐振频率随磁场的偏移规律,即复合振子的基频和一级谐振频率都随磁场的增加先向高频偏移然后又转向低频方向偏移.当磁场为200 Oe时,谐振频率偏移量达到最大值,分别为9.50 kHz和3.50 kHz;数值模拟谐振频率偏移量与实验基本吻合.     

聚氨酯弹性体电致伸缩特性

为了提高材料的电致伸缩特性,通过原位共聚合法在聚氨酯弹性体(PUE)中掺入了不同质量比例的纳米钛酸钡.采用LCR测试仪、邵氏硬度计和电容法电致伸缩特性测试装置研究了纳米钛酸钡掺杂对PUE的影响.试验结果表明:随着掺杂比例的提高,PUE的介电系数和硬度增加,回复速度变差;较低的掺杂能提高PUE的电致伸缩应变,过高的掺杂导致PUE电致伸缩特性下降,掺杂6%钛酸钡的PUE表现出最佳电致伸缩应变.进一步对PUE电致伸缩特性因素进行了理论分析并提出了电致伸缩弹性体电荷迁移逾渗模型,其很好地解释了电致伸缩材料弯曲、临界电场反转膨胀、高掺杂回弹等现象.     

激励力矩的耦合及弹性结构角速度响应测量的实验研究

本文首先给出了用磁致伸缩棒力矩激振器将激励力矩施加到被测结构上的三种耦合模式，然后用水平放置的有机玻璃悬臂梁结构作为实验对象，对不同的耦合模式进行了测量和对比分析．接着对弹性结构角速度响应的测量方法进行了研究，并设计了一个压电晶体角加速度计的原型．为了验证理论分析，作为一个例子，对一个有机玻璃悬臂梁结构的传递力矩导纳进行了测量．     

磁电复合材料结构对磁电系数的影响

利用基于压电效应和磁致伸缩效应的本构方程,采用有限元法分别对矩形、半圆形、凸半圆形以及梯形4种不同几何形状的磁致伸缩/压电/磁致伸缩层叠复合材料的磁电响应进行研究,分析复合材料的磁电特性。结果表明:稳态时,两端为半圆形的磁电复合结构的输出电压最大,在外加直流磁场为1 000 Oe时可达76.25 V。频域分析中,两端为凸半圆形的磁电复合结构的共振频率最低,为76.5 kHz。在1 kHz时,两端为梯形结构的磁电复合结构磁电系数最大,为7.63 V/(Oe·cm),在共振时,磁电系数达到126.34 V/(Oe·cm)。进一步分析了磁电压电材料不同层叠顺序对半圆形结构复合材料磁电系数的影响,结果表明PTN层叠顺序的磁电复合结构的磁电系数最大,为5.48 V/(Oe·cm),而TPN层叠顺序型磁电复合材料的磁电系数最小,为1.64 V/(Oe·cm)。     

强电场和机械荷载联合作用下轴对称压电层合圆板的非线性变形

本文研究可移简支及夹支边界条件下,轴对称压电层合圆板在强电场和机械荷载联合作用下的非线性变形,考虑电致伸缩的非线性压电效应及几何非线性,导出轴对称压电层合圆板的von Karman方程,利用幂级数法求解,得到强电场和均布载荷作用下的挠度、轴力及轴向位移的解析表达式,通过对双压电晶片执行器的数值计算及分析,得到线性与非线性模型之间的差别和适用范围。     

磁致伸缩液位计在油品储运系统中的应用

近年来石油储运行业引进并研制了多种油罐静态自动计量仪表，以实现油罐液位自动监测和自动计量。在由兰州到重庆的成品油管道输油系统中就将使用磁致伸缩液位计来测量和控制储罐中油品的液位，磁致伸缩液位计与其它液位测量系统相比，它能同时测量总液位和界位，测量精度高，可靠性好，在成品油管道输油系统中各个油库的油罐液位测量就采用了美国ＭＴＳ公司生产的Ｍ系列数字式软管磁致伸缩液位计。下面仅就Ｍ系列磁致伸缩液位计说明其特点、结构、原理及使用中出现的问题。１磁致伸缩液位计的特点磁致伸缩液位计的测量精度高，可达０．００５％或０．５０８ｍｍ；可靠性能好，一般情况下，有２３年的使用寿命；通用性好，最高承受压力可达６．８９Ｍｐａ，温度测量范围为－３４℃—＋１４９℃；具有先进的ＥＬＡ４８５总线结构，使现场能够任意地增加或减少液位检测点；防爆类型为隔爆型；抗干扰能力强；安装简单方便，操作简单，现场维护简单。２磁致伸缩液位计的结构及原理随着储罐内液位或界位的变化，磁性浮子在非磁性连通管内的位置同步改变，真空玻璃管内的橘黄色指示器也随之跟踪。在传感管内装有一根每秒发出１０个电脉冲信号的磁致伸缩线，由磁性浮子产生的磁场和电流脉冲间的耦合作用，在磁致...     

磁致伸缩液位计在油品储运系统中的应用

近年来石油储运行业引进并研制了多种油罐静态自动计量仪表，以实现油罐液位自动监测和自动计量。在由兰州到重庆的成品油管道输油系统中就将使用磁致伸缩液位计来测量和控制储罐中油品的液位，磁致伸缩液位计与其它液位测量系统相比，它能同时测量总液位和界位，测量精度高，可靠性好，在成品油管道输油系统中各个油库的油罐液位测量就采用了美国ＭＴＳ公司生产的Ｍ系列数字式软管磁致伸缩液位计。下面仅就Ｍ系列磁致伸缩液位计说明其特点、结构、原理及使用中出现的问题。１磁致伸缩液位计的特点磁致伸缩液位计的测量精度高，可达０．００５％或０．５０８ｍｍ；可靠性能好，一般情况下，有２３年的使用寿命；通用性好，最高承受压力可达６．８９Ｍｐａ，温度测量范围为－３４℃—＋１４９℃；具有先进的ＥＬＡ４８５总线结构，使现场能够任意地增加或减少液位检测点；防爆类型为隔爆型；抗干扰能力强；安装简单方便，操作简单，现场维护简单。２磁致伸缩液位计的结构及原理随着储罐内液位或界位的变化，磁性浮子在非磁性连通管内的位置同步改变，真空玻璃管内的橘黄色指示器也随之跟踪。在传感管内装有一根每秒发出１０个电脉冲信号的磁致伸缩线，由磁性浮子产生的磁场和电流脉冲间的耦合作用，在磁致...     

稀土超磁致伸缩材料在机械工程中应用概述

超磁致伸缩材料作为一种高科技新功能材料,已被广泛应用于汽车、航空、机器人制造业以及智能结构中。自从研制成功以来,无论在材料组成、制备工艺、磁-机模拟的理论研究方面,还是材料的应用开发方面,一直受到各国高度重视。我国对稀土超磁致伸缩材料的研究相对比较晚,已经远远落后于其它一些发达国家,在整体上,仍然处于起步阶段,在材料的应用开发方面,也仅仅处于可行性研究和试验阶段。因此,对超磁致伸缩材料的研究,无论在理论和实际工程应用方面都具有重要意义。     

扫描法布里——珀罗干涉仪在设计上的考虑及其用于激光模谱的分析

在基础研究和应用方面,常常需要了解激光束的模式结构;或者从激光器输出的模谱及其变化来考察激光器的工作状况.目前,观测激光束的模谱或测量激光线频率宽度以及用标准谱线作基准来测定激光线的波长等等,最常用、又最可靠的方法之一是采用扫描F-P 干涉仪.就干涉仪的结构来说,扫描方法可以采用机械驱动的、气压变化的、压电陶瓷电致伸缩的等等多种方式;探测方法可以用光电探测器一示波器系统,或者光电探测器一记     

超磁致伸缩微位移致动器碟簧特征分析与设计

在传统的超磁致伸缩微位移致动器碟簧设计中，以预压力大小作为唯一设计指标．首先定性分析了微位移致动器的结构形式、传力机理；然后定量分析了超磁致伸缩致动器的输出特征，指出引入软性碟簧的可行性和必要性，使超磁致伸缩材料在阶跃段可获得更大的位移输出．针对不同预压应力及相关条件设计碟簧参数，通过试验证明了采用软性碟簧可以有效降低阶跃段系统等效刚度，从而改善换能系统输出．     

生物活性压电陶瓷在植骨材料的研究进展

目前临床上的植骨材料在使用中有着一定的局限性,例如生物活性不足、骨折不愈合、成骨量有限、材料降解速度与组织生长不匹配等问题.研究具备成骨性能的新型生物活性骨修复材料是目前骨组织工程领域研究的热点和重点之一.介绍了CaTiO3、BaTiO3基无铅压电陶瓷、[(K,Na)NbO3]基(KNN基)无铅压电陶瓷及LiNbO3作为植骨材料的研究进展.生物压电陶瓷有着较好的细胞相容性和组织相容性,具有成为骨替代物的潜力.     

弛豫铁电多晶体的强场特性

本文介绍了弛豫铁电多晶体的研究、发展及其电致伸缩性质。论文中比较了三种典型铁电弛豫体:PMN—PT、PLZT和掺杂BT多晶材料的强电场特性。实验发现,当温度偏离T_(av)时,PLZT多晶体出现越来越强的电滞后现象,导致其微位移器件的回零复原温度特性变坏。用电学方法,在碱土金属离子B位掺杂的BT多晶体中可以观察到超顺电相的所谓微畴——宏观畴的场诱相变过程。作者指出,化学缺陷控制原理可用于调节电致伸缩材料的强场特性,控制器件的复原特性。     

磁致伸缩材料性能表征研究

磁致伸缩材料的磁致伸缩系数值与磁场强度大小、温度和材料种类等有关.它们分别由应变仪、高斯计及铂电阻为传感器,与计算机及其A/D,D/A扩展板组成数字表征系统.介绍了该计算机系统硬件的组成与配置、软件的编制与调试及测试结果分析.