含金屬芯壓電纖維的驅(qū)動(dòng)和傳感特性研究.pdf

1、含金屬芯壓電纖維是一種新型的壓電驅(qū)動(dòng)器和傳感器，根據(jù)表面電極形狀可以分為全電極含金屬芯壓電纖維（MPF）和半電極含金屬芯壓電纖維（HMPF）?；诮Y(jié)構(gòu)特點(diǎn)，單根MPF或HMPF既可以用作驅(qū)動(dòng)器，也可以用作傳感器。MPF和HMPF的尺寸很小，可以方便地埋入基體結(jié)構(gòu)中用作驅(qū)動(dòng)器和傳感器，在智能材料和結(jié)構(gòu)方面有著廣泛的應(yīng)用前景。為了優(yōu)化設(shè)計(jì)，面向工程應(yīng)用，本文對(duì)MPF和HMPF的驅(qū)動(dòng)、傳感特性進(jìn)行了較系統(tǒng)的研究，取得了一些有創(chuàng)新意義的研究成果

2、，主要有：
　　 (1）采用能量方法，建立了MPF和HMPF的靜態(tài)本構(gòu)方程。由此方程，可以得到懸臂桿結(jié)構(gòu)MPF受到外加電壓V、軸向力F時(shí)，產(chǎn)生的自由端軸向位移δ、電極上產(chǎn)生的電荷Q，也可以得到懸臂梁結(jié)構(gòu)HMPF受到外加電壓V、自由端彎矩M、自由端垂直力F和均布載荷p時(shí)，HMPF產(chǎn)生的自由端偏轉(zhuǎn)角、自由端橫向位移δ、面積位移A、電極上產(chǎn)生的電荷Q。
　　 (2）基于振動(dòng)理論，采用平均電荷方法，建立了MPF和HMPF的動(dòng)態(tài)本

3、構(gòu)方程。由此方程，可以得到懸臂桿結(jié)構(gòu)MPF受到外加動(dòng)態(tài)電壓V、動(dòng)態(tài)軸向力F時(shí)，產(chǎn)生的自由端動(dòng)態(tài)軸向位移δ、電極上產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)電荷Q，也可以得到懸臂梁結(jié)構(gòu)HMPF受到外加動(dòng)態(tài)電壓V、自由端動(dòng)態(tài)彎矩M、自由端動(dòng)態(tài)垂直力F和動(dòng)態(tài)均布載荷p時(shí)，HMPF產(chǎn)生的自由端動(dòng)態(tài)偏轉(zhuǎn)角、自由端動(dòng)態(tài)橫向位移δ、動(dòng)態(tài)面積位移A、電極上產(chǎn)生的動(dòng)態(tài)電荷Q。
　　 (3）對(duì)懸臂桿結(jié)構(gòu)MPF驅(qū)動(dòng)器和懸臂梁結(jié)構(gòu)HMPF驅(qū)動(dòng)器進(jìn)行了詳細(xì)研究。基于MPF和HMPF的靜

4、態(tài)本構(gòu)方程，建立了驅(qū)動(dòng)器的的理論模型。研究了金屬芯半徑和彈性模量對(duì)MPF和HMPF驅(qū)動(dòng)性能的影響，驅(qū)動(dòng)性能包括位移、等效力、共振頻率、機(jī)電耦合系數(shù)、最大能量轉(zhuǎn)換常數(shù)和最大輸出機(jī)械能。
　　 (4）設(shè)計(jì)了MPF和HMPF傳感器，包括MPF靜態(tài)電荷型應(yīng)變傳感器、HMPF電荷型（電壓型）動(dòng)態(tài)微力傳感器?；贛PF的靜態(tài)本構(gòu)方程和HMPF的動(dòng)態(tài)本構(gòu)方程，建立了傳感器的理論模型；研究金屬芯半徑和彈性模量對(duì)傳感性能的影響；并對(duì)這些傳感器的性