收藏本站
收藏 | 手机打开
二维码
手机客户端打开本文

1-3型正交异性水泥基压电复合材料的制备与性能研究

张宗振  
【摘要】:水泥基压电复合材料能够有效地解决土木工程结构中传统的智能材料与混凝土结构相容性不好的缺点,在土木工程领域中引起了广泛的关注,是一种很有发展前途的新型传感材料。但水泥基压电复合材料具有平面各向同性的特点,同时等灵敏度的接受来自不同方向的应力波,无法有效地区别不同方向的应力波,这样就很难对混凝土结构的裂纹进行准确的定位。 通过切割-浇注与排列-浇注相结合的方法,以水泥为基体,压电陶瓷PZT-51为功能体,制备了1-3型正交异性水泥基压电复合材料。复合材料中压电陶瓷柱的极化方向与x轴方向平行,利用DAD-91E导电胶在复合材料的内部形成叉指型电极结构,改变了传统的水泥基压电复合材料内部的电场分布和振动耦合模式,使复合材料在保持水泥基压电复合材料的优点的同时,解决了普通水泥基压电复合材料平面各向同性的缺点。由于压电常数的不同,复合材料具有平面正交异性特性,对应力波的方向能够作出有效地判断。研究了压电陶瓷体积分数、形状参数、分支电极宽度和不同基体对复合材料性能的影响,对其应用于声发射(AE)传感进行了研究。 对1-3型正交异性压电复合材料的结构、复合原理及内部电场分布进行了分析,提出了复合材料的设计流程;对正交异性水泥基压电复合材料的影响因素进行了分析,为实验分析提供了理论基础。 对复合材料内部的压电阵列进行了实验与有限元模拟,为不同带宽的复合材料的制备提供了理论基础;1-3型正交异性水泥基压电复合材料不仅横向效应系数较小,而且压电应变常数d33远大于纯压电陶瓷和普通的1-3型水泥基压电复合材料。这说明1-3型正交异性水泥基压电复合材料大大的提高了复合材料的传感性能的同时,使其具有明显的平面正交异性特性,对平面正交方向的应力波具有不同的灵敏度。 对复合材料的各影响因素进行了实验研究,结果表明:压电陶瓷的体积分数是影响复合材料传感性能的重要因素,随着压电陶瓷体积分数的增大,复合材料的压电性能逐渐增大,横向效应系数变化不大;压电陶瓷柱的长宽比是影响复合材料正交异性特性的重要因素,随着长宽比的增大,复合材料的压电应变常数逐渐增大,横向效应系数逐渐减小;复合材料的性能随厚度的变化不大;底座的存在降低了复合材料的正交异性特性,底座厚度越小,复合材料的正交异性特性越明显;在电极间距不变的情况下,随着分支电极宽度的增大,复合材料的压电常数逐渐减小,横向效应系数逐渐增大;对不同基体的复合材料的性能研究表明,在水化早期贝利特-硫铝酸钡钙水泥为基体的复合材料的压电性能最好;复合材料的传感性能随水灰比的增大而增大,水灰比对横向效应系数的影响不大。 对1-3型正交异性水泥基压电复合材料用于声发射传感进行了初步研究,发现1-3型正交异性水泥基压电复合材料对不同方向的声发射信号的接收灵敏度明显的不同,验证了复合材料的正交异性特性;利用1-3型正交异性水泥基压电传感元件,对声发射信号在混凝土材料中的衰减情况进行了研究,随着复合材料传感性能的增大,传感元件能够检测的最大距离逐渐增大;与瓷砖相比,混凝土结构中的声发射信号的衰减机制更为复杂,除了几何衰减外,由于混凝土结构相对复杂、介质均匀性较差且表面相对粗糙,声发射信号在传播过程中发生了散射和衍射的现象,且对声发射信号的衰减产生了很大的影响,同时使传感元件接收到的信号与原始信号差距较大,测试结果误差较大;在实际应用中,传感元件的尺寸是影响灵敏度和固有频率的重要影响因素,所以,应根据实际情况对压电陶瓷柱的形状参数进行设计。


知网文化
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前20条
1 谢蒙萌,万建国;0-3型压电复合材料的压电性能研究[J];材料工程;2002年01期
2 张红艳,李录贤,沈亚鹏;3-3型压电复合材料的有限元模型及材料参数对其性能的影响[J];复合材料学报;2005年02期
3 王树彬,韩杰才,杜善义;PZT/PVDF压电复合材料的合金化制备技术及其性能研究[J];宇航材料工艺;1999年06期
4 黄世峰,常钧,刘福田,芦令超,徐荣华,闫嘉旺,程新;压电陶瓷/硫铝酸盐水泥复合材料的压电性及介电性[J];硅酸盐学报;2004年09期
5 何政,陈文,孙华君,徐庆,周静,谢永贤;压挤成形——固化法制备0-3型压电复合材料的性能研究[J];陶瓷学报;2003年01期
6 万建国,陶宝祺,何存富,朱纪军;利用厚度剪切压电效应的2-2型压电复合材料的性能研究[J];功能材料;1998年02期
7 王树彬,韩杰才,杜善义;模压工艺制备PZT/PVDF压电复合材料及性能研究[J];压电与声光;1999年04期
8 程新,黄世峰,常钧,刘福田,芦令超,王守德;0-3型压电陶瓷/硫铝酸盐水泥复合材料的介电性能和压电性能[J];硅酸盐学报;2005年01期
9 殷庆瑞,袁易全,赵梅瑜;3-3连结接收型PZT压电复合材料换能器研究[J];无机材料学报;1988年03期
10 邹小平,张良莹,姚熹,王丽坤,张福学;0-3型压电陶瓷-聚合物复合材料的制备与压电性[J];材料工程;1997年07期
11 严继康,甘国友,孙加林,陈敬超,张家涛;压电复合材料的制备[J];昆明理工大学学报;2000年06期
12 张传忠;压电复合材料[J];压电与声光;1984年04期
13 水永安;;压电复合材料的理论模型[J];物理学进展;1996年Z1期
14 王红卫,闻荻江,项瑞阳;钛酸铅-环氧树脂压电复合材料的极化及压电性能研究[J];功能材料;1999年05期
15 秦雷;李莉;王丽坤;孙百生;;3-2型压电复合材料的静水压特性研究[J];功能材料;2007年11期
16 张洪涛,李波,姚宝殿;PZT/环氧树脂0-3型压电复合材料性能的研究[J];兰州大学学报(自然科学版);1998年03期
17 李小兵,田莳,李宏波;PZN-PZT压电陶瓷及其PVDF压电复合材料的制备和性能[J];复合材料学报;2002年03期
18 黄世峰,常钧,芦令超,刘福田,王守德,程新;0-3型压电陶瓷/硫铝酸盐水泥复合材料的介电性及压电性[J];复合材料学报;2005年02期
19 胡南,刘雪宁,杨治中;无铅柔性压电复合材料进展[J];精细化工;2004年S1期
20 张家泰,刘慧丰,李庆芬,刘群,王智远;压电复合材料设计专家系统的原型设计[J];哈尔滨工程大学学报;1997年05期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 林秀娟;张斗;张晓泳;李志友;周科朝;;锆钛酸铅压电纤维及其复合材料的结构与性能表征[A];第七届中国功能材料及其应用学术会议论文集(第7分册)[C];2010年
2 骆英;熊克;陶宝祺;;具有正交异性压电复合材料力学量传感器的研究[A];“力学2000”学术大会论文集[C];2000年
3 杨凤霞;张端明;;超声换能器用0-3型PZT/P(VDE-TrFE)压电复合材料的设计[A];中国声学学会2002年全国声学学术会议论文集[C];2002年
4 高峰;申扣喜;;2-2压电复合材料的静水压电性能研究[A];2009年全国水声学学术交流暨水声学分会换届改选会议论文集[C];2009年
5 王彪;刘玉岚;刘金喜;杜善义;;含缺陷的新型压电材料有效性能研究[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年
6 张晴;李全禄;梁盛德;马晴;顾运军;;压电高聚物的研究及应用[A];第二届全国压电和声波理论及器件技术研讨会摘要集[C];2006年
7 张洪涛;刘颖;涂铭旌;;PZT/环氧树脂O—3型复合材料的压电性能[A];第二届中国功能材料及其应用学术会议论文集[C];1995年
8 胡南;刘雪宁;陈飞;杨治中;;PZN-PZT/PI压电复合材料的制备和性能[A];中国声学学会功率超声分会2005年学术会议论文集[C];2005年
9 秦雷;李莉;王丽坤;孙百生;;3-2型压电复合材料参数对厚度振动模的影响[A];第十届全国敏感元件与传感器学术会议论文集[C];2007年
10 胡珊;沈上越;戴雷;晏海霞;;镧掺杂PZN-PZT陶瓷及其PVDF压电复合材料的制备与性能[A];第六届中国功能材料及其应用学术会议论文集(2)[C];2007年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 张凯;高频宽带压电复合材料换能器研究[D];哈尔滨工程大学;2011年
2 钱征华;压电复合材料及层状结构中弹性耦合波问题研究[D];西安交通大学;2007年
3 杨凤霞;聚合物基压电复合材料的设计及机理研究[D];中国科学院研究生院(武汉物理与数学研究所);2004年
4 徐东宇;水泥基压电传感器的制备、性能及其在土木工程领域的应用研究[D];山东大学;2010年
5 杜景红;凝胶注模成型法制备1-3型PMN-PZT/环氧树脂压电复合材料研究[D];昆明理工大学;2009年
6 罗如登;高速铁路正交异性整体钢桥面结构形式、受力性能和设计计算方法研究[D];中南大学;2010年
7 罗加智;复合材料厚板弯曲变形研究[D];华中科技大学;2011年
8 王希花;基于压电陶瓷迟滞非线性建模及控制系统的研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
9 晁小练;低温烧结PZT基压电陶瓷材料的研究及器件开发[D];陕西师范大学;2010年
10 张奔牛;传感和致动装置/结构中的多物理量耦合问题[D];重庆大学;2003年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 张宗振;1-3型正交异性水泥基压电复合材料的制备与性能研究[D];济南大学;2011年
2 黄鑫;压电复合材料性能参数预测[D];兰州理工大学;2010年
3 李燕;1-3型压电复合材料及其传感器性能的研究[D];湘潭大学;2011年
4 冯玉华;0-3型陶瓷/聚合物压电复合材料极化性能改善的研究[D];江苏大学;2010年
5 李正康;3-3型压电复合材料的制备及结构与性能研究[D];西安理工大学;2010年
6 张丽丽;聚合物/压电陶瓷复合材料的制备和性能表征[D];武汉理工大学;2010年
7 杨林枝;用于超声诊断换能器中1-3型压电复合材料的有限元研究[D];陕西师范大学;2010年
8 廖双双;1-3-2型压电复合材料的制备及其性能研究[D];济南大学;2010年
9 方潇;2-2型压电复合材料制备与性能研究[D];武汉理工大学;2012年
10 邹思敏;聚合物基压电复合材料水下消声研究[D];华中科技大学;2009年
中国重要报纸全文数据库 前10条
1 李文 清晨;信息时代的多面手压电陶瓷[N];北京科技报;2002年
2 晓鑫;压电陶瓷——信息时代的新型材料[N];中国建材报;2004年
3 武长运;信息时代的多面手——压电陶瓷[N];山东科技报;2002年
4 中国电子元件行业协会电子陶瓷及器件分会;电子陶瓷:产品门类齐全应用领域拓宽[N];中国电子报;2008年
5 江苏 旋建明;用于压电陶瓷超声波传感器测试的信号源[N];电子报;2002年
6 河北 张爱民;无源压电陶瓷、发光二极管试电笔[N];电子报;2009年
7 科技;刹车噪声能消除[N];中国环境报;2003年
8 陶陶;“修炼”5分钟粉末变成瓷 [N];中国建材报;2002年
9 何小明;日本电子材料业面临挑战[N];中国电子报;2002年
10 吕敏敏;浙江天通涉足电子器件新领域[N];中国电子报;2003年
 快捷付款方式  订购知网充值卡  订购热线  帮助中心
  • 400-819-9993
  • 010-62982499
  • 010-62783978