多次壓電效應探析及在傳感執(zhí)行器上的應用基礎(chǔ)研究.pdf

1、本項目由教育部高等學校博士學科點專項科研基金資助，項目名稱為“機電耦合多次感生效應探析及在傳感執(zhí)行器上的應用”(項目編號：20010141006)。自從1880年Curie兄弟在石英晶體上發(fā)現(xiàn)壓電效應以來，壓電效應已由基于應力的縱向、橫向、剪切效應等二維效應發(fā)展到基于變形的拉壓、彎曲、扭轉(zhuǎn)效應等三維復合效應。以上壓電效應均屬于一次壓電效應領(lǐng)域。由于科學技術(shù)發(fā)展和工程實際需要，隨著多次壓電效應的感生電場和感生應變越來越微小化，需要進一步對

2、多次壓電效應的理論與應用進行研究。孫寶元教授于1999年首次提出多次壓電效應概念。國內(nèi)外同類文獻檢索中，只有少量有關(guān)二次壓電效應理論的研究，尚無二次壓電效應的應用以及二次以上壓電效應理論與應用研究的報導。 本文分析了一次、二次以及多次壓電效應與壓電體機械與電學邊界條件的關(guān)系。多次壓電效應產(chǎn)生的前提是滿足相應邊界條件。將壓電材料看成一個熱力學系統(tǒng)，分析了三種能量、四種能量以及六種能量之間主效應與交叉耦合效應間的線性關(guān)系。分析了機電

3、耦合(壓電)效應與電磁效應的相似性，說明壓電效應與電磁效應都具有雙向可逆效應，都存在著二次、三次…等多次感生效應。文中進行了從一次正、一次逆壓電效應開始的多次壓電效應的理論研究，建立了多次壓電效應的解析表達式，同時分析了多次壓電效應對壓電體介電系數(shù)、等效電容、彈性系數(shù)、泊松比、壓電系數(shù)的影響規(guī)律。 本文使用壓電石英和PZT-5壓電陶瓷的疊堆形式，進行了從正壓電效應開始的一次正、二次逆、三次正壓電效應以及從逆壓電效應開始的一次逆、

4、二次正、三次逆壓電效應的實驗驗證，證明了多次壓電效應的存在。文中進行了多次壓電效應在傳感執(zhí)行器上的應用基礎(chǔ)研究。探討了一次正壓電效應開始的二次逆壓電效應的應用。提出了應用二次逆壓電效應設(shè)計微驅(qū)動裝置的方案，并通過實驗驗證了其可行性。提出了利用一次正、二次逆壓電效應設(shè)計“可作動傳感器”的方案及實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。探討了一次逆壓電效應開始的二次正壓電效應的應用。提出利用一次逆、二次正壓電效應設(shè)計“自感知執(zhí)行器”的方案及實現(xiàn)結(jié)構(gòu)。 由于多次壓電