人工关节内锆钛酸铅压电陶瓷供能与电路设计

为了利用压电陶瓷作为人工关节无线监视系统的能量来源,从理论上分析了坚硬锆钛酸铅(PZT)陶瓷元件的能量产生特性和等效电路.利用非线性拟合算法计算出等效电路的参数拟合值,并分析了PZT压电陶瓷元件的输入输出特性、输出信号频谱特性以及在植入设备内的位置摆放.仿真结果表明: 等效电路参数拟合值是正确的,当4个PZT压电陶瓷元件呈直线摆放时能输出最大能量(约为1.2 mW).通过对PZT陶瓷元件供电的电源电路设计和仿真发现, PZT陶瓷元件的能量能够转换为电路稳定的可用电源.     

压电复合材料电学参数仿真预测

利用有限元分析软件ANSYS,在成功预测压电陶瓷电学参数的基础上,对压电复合材料电学参数进行了仿真预测。本文以压电陶瓷PZT-5A与环氧数树脂组成的压电复合材料为例,预测了4种基本连通类型0—3、1—3、2—3、3—3型压电复合材料的压电应力常数、相对夹持介电常数,分析了各常数在压电相体积分数分别为10%、30%、50%、70%时的变化情况。并针对电学参数的预测方法及预测结果与G.Zhang,M.S.W u[5]进行了对比分析。     

退火对Pb_(0.925)Ba_(0.075)Nb_2O_6-0.5wt.%TiO_2压电陶瓷结构及电学性能的影响

采用传统固相法制备了Pb0.925Ba0.075Nb2O6-0.5wt.%TiO2(PBN-T)压电陶瓷,并详细研究了退火对PBN-T陶瓷的结构、介电及压电性能的影响规律。实验中选取退火温度为500~800℃,退火时间为12~168h,退火气氛为空气中无额外Pb2+源、空气中含额外Pb2+源及氮气中含额外Pb2+源。结果表明:陶瓷的电学性能与退火参数密切相关,在600℃、氮气中含额外Pb2+源气氛下退火73h的陶瓷试样具有较佳性能,其居里温度为523℃,室温下压电常数为85pC/N,极化试样经500℃热处理后仍具有较高的压电常数82pC/N。     

基于COMSOL Multiphysics压电道路中压电陶瓷的发电仿真

该文以COMSOL Multiphysics仿真为基础,分别建立了不同几何形状的三维图像,在限制无关变量的情况下,探讨了不同形状的压电陶瓷材料发出电能的大小,为压电道路中压电单元的铺设做了辅助研究。并且做了相关的参数化分析,验证压电陶瓷发电规律随荷载的变化关系研究发现,正八棱柱体在限制其他无关变量的前提下,使用相同体积的压电材料和相同载荷的作用下发出的电能最多。     

过渡金属氧化物改性KNN基无铅压电陶瓷研究进展

过渡金属氧化物不仅可用作助熔剂,改善陶瓷的烧结特性,同时也可作为掺杂物在陶瓷材料中进行离子取代,改善陶瓷的性能.本文详细叙述了过渡金属氧化物对KNN基无铅压电陶瓷烧结特性、微观结构、介电性能、压电性能、铁电性能的影响.分析总结过渡金属氧化物在改善KNN基无铅压电陶性能方面所起的主要作用,为今后助熔剂改性KNN基无铅压电陶瓷的研究提供参考.     

近周期声子晶体开孔结构的大辐射面夹心式纵振换能器的优化研究

大尺寸夹心式纵振压电陶瓷换能器中径向振动的存在不仅会导致换能器纵向辐射声功率的降低,还会缩短换能器的使用寿命,严重影响其性能和可靠性.为了减少大尺寸换能器中纵、径振动之间的强烈耦合,保证较高的纵向工作效率和可靠性,克服工作带宽较窄、振幅分布均匀度较差、位移振幅较小的缺陷,本文基于多点变形缺陷近周期声子晶体结构对大尺寸夹心式纵振压电陶瓷换能器进行了优化.利用仿真软件对优化后的换能器的性能指标进行了模拟分析,并进行了实验验证.结果表明,基于多点变形缺陷近周期声子晶体结构的大尺寸压电陶瓷换能器的纵向振动模态更加单一,可以有效提高大尺寸换能器辐射面的位移振幅和振幅分布均匀度,拓宽工作带宽.     

金属磁记忆定量化评价的三维仿真分析与实验

早期损伤是导致金属构件发生突发性断裂的主要因素.针对大多数常规无损检测方法都只能对已成形的宏观缺陷进行检测,不能检测尚未成形的微观缺陷或应力集中区,以及金属磁记忆检测技术目前只能对早期微观缺陷进行定位,无法定量的问题,利用仿真与实验相结合的方法,建立了三维力磁耦合模型,仿真计算了微观缺陷表面空间三维磁场的分布,研究了应力、微观缺陷长度及扫描路径对磁记忆信号的影响,在此基础上,构建了金属磁记忆检测系统,实验研究了外加载荷、扫描路径与金属磁记忆信号的关系.研究结果表明:利用金属磁记忆检测技术可以实现对早期微观缺陷进行定量检测.     

压电陶瓷驱动三平移并联机构的模糊控制

由于压电陶瓷在精密定位控制中存在迟滞、蠕变和非线性的问题,因此利用简单模糊控制和传统PID控制精度不高.提出利用模糊PID控制器实现对压电陶瓷驱动三平移并联机构进行控制的方法,设计了模糊PID控制器,并对该控制方案进行了仿真.仿真结果表明:该方法调节精度较高,动态响应快,无超调,有一定的可行性.     

冲击加载对爆电换能器电输出特性的影响

为阐明自供能装置中以压电陶瓷为核心装置的动态响应特征,通过模拟自供能技术中爆电换能器冲击压电陶瓷的真实工况,揭示了冲击应力对压电陶瓷电输出特性的影响.利用霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)作为冲击装置,通过改变子弹的冲击速度进行冲击PZT-5压电陶瓷实验.同时利用有限元分析软件进行冲击压电陶瓷的有限元分析,将实验结果与仿真结果进行对比.结果表明:实验结果与仿真结果基本吻合,冲击速度在7～31.3 m/s时,通过改变爆电换能器的冲击速度可以改变爆电换能器的输出电压峰值,并且爆电换能器中的压电陶瓷受到的冲击应力峰值与压电陶瓷产生的电压峰值呈正相关.     

微观缩松对蠕铁微观组织和力学性能的影响

微观缩松缺陷的位置分布、体积大小表现出随机性特点,会对材料微观组织和宏观力学性能产生影响. 通过微观组织观测,研究了微观缩松对蠕墨铸铁材料微观组织的影响. 同时,建立了含微观缩松缺陷的三维代表性体积元模型,通过施加周期性边界条件和拉伸位移载荷,研究了微观缩松对蠕墨铸铁材料宏观力学性能的影响. 结果表明,蠕铁材料微观缩松缺陷周围组织中含有Ce,Mg元素,表明稀土蠕化剂与所研究的蠕墨铸铁的微观缩松的形成有密切联系,增加了材料内部形成微观缩松的倾向. 随着材料内部微观缩松体积分数的增加,材料的宏观等效弹性模量呈线性降低;微观缩松还会造成材料内局部区域的应力集中,易于微小裂纹的萌生及扩展.      

基于ANSYS的压电陶瓷材料有限元仿真分析

介绍了压电效应与压电陶瓷材料相关理论,利用压电材料的正压电效应,可以将机械能转换为电能,ANSYS大型有限元分析软件可进行力电耦合场分析,利ANSYS对压电陶瓷薄膜的力电转换进行有限元模拟与分析,对压电薄膜施加一定外力,分析产生的电压特性。     

掺杂PZT压电陶瓷材料的研制及其发展趋势

在介绍掺杂PZT压电陶瓷材料制备的基础上,总结出生产掺杂PZT材料的最佳烧成条件,指出所研制的样品已达到或超过压电点火材料的水平,但所选系统仍有潜力可挖,只要工艺合适,性能完全能再提高,对无铅压电陶瓷材料的发展趋势进行了展望。     

压电陶瓷材料的发展及其新应用

综述了近年来国内外压电陶瓷材料的最新研究进展，对于在生产实践中所采取的一系列压电陶瓷改性措施，包括沉淀法、溶盐法、溶胶-凝胶法及水热法等的优缺点作了比较，强调了低温烧结的优越性，特别指出它们在含铅的锆钛酸铅（PZT）压电陶瓷与不舍铅的铋层压电陶瓷和不合铅的钙钛矿型压电陶瓷制备中的重要作用；最后，简要介绍了压电陶瓷一些重要的新应用。     

压电俘能器磁力限幅结构设计与优化

针对悬臂梁式PZT俘能器的压电陶瓷片经过长时间循环振动后常常会出现裂纹甚至发生断裂的问题,提出了俘能器的磁力限幅结构方案. 采用ANSYS软件对原结构以及限幅以后的结构进行谐响应分析. 结果表明,磁力限幅方案有效地减小了结构中的最大应力. 对磁力限幅方案进行了优化,并通过仿真证明了优化后的结构在俘能器获得最佳俘能效果的前提下,可有效控制压电陶瓷片的疲劳断裂.     

压电陶瓷材料显微结构的扫描电镜研究

对陶瓷材料进行的显微电镜断口分析表明：压电陶瓷材料断裂方式主要是溜晶断裂和解理断裂或是两的混合，且溜晶断裂优于解理断裂；应用Sol-Gel方法制备的陶瓷材料其显微结构好，宏观性能优越。     

压电谐波电机单级杠杆式位移放大机构的有限元分析

压电谐波电机是一种利用压电陶瓷驱动器、位移放大机构以及控制系统代替传统的波发生器的新型谐波电机.利用ANSYS软件对压电驱动器的单级杠杆式弹性铰链位移放大机构进行了有限元分析,得到了放大机构的变形及应力图,分析了影响位移放大倍数的因素以及改进措施.     

减少压电体应力集中的参数优化设计

针对压电体的椭球夹杂（或气孔）缺陷，得到了夹杂周围应力场的解析解。结果表明，耦合场作用下的应力集中与介质压电常数有着较强的相关性。由分析材料压电常数与应力集中及裂纹扩展的关系及其影响因素出发，通过对一定条件下压电体压电参数的优化计算，得到了一种减少应力集中的参数优化方法。     

掺杂PZT压电陶瓷材料的研制及其发展趋势

在介绍掺杂PZT压电陶瓷材料制备基础上总结出生产掺杂PZT材料的最佳烧成条件.研究表明,文章所研制的样品已达到或超过压电点火材料的水平,但所选系统仍有潜力可挖,只要工艺合适,性能完全能再提高.同时还介绍了无铅压电陶瓷材料的发展趋势.     

基于FEM的水泥基压电复合材料的性能分析

建立了1-3型水泥基压电复合材料的有限元模型,并对其进行了静力分析、模态分析和瞬态动力学分析。得到了水泥基压电复合材料的内部应力应变分布、水泥基体对复合材料压电性能的影响、复合材料的厚度振动模态和在动态载荷下的响应情况。发现水泥基压电复合材料产生的驱动应变和节点应力都集中在压电陶瓷柱上,高泊松比和低弹性模量的水泥基体能够增加复合材料的压电性能;低频下水泥基压电复合材料的振动特性与压电陶瓷相同,且对外部的动态激励有着良好的线性响应。     

生物压电陶瓷复活种植材料研究

从HABT陶瓷的电性能测试及对定向基片上细胞生长率的观察,确认它具有合适的压电性能诱导骨细胞生长.生物学性能检测表明HABT陶瓷无毒,适合于作生物种植材料.