力电耦合

摘要： 碳纤维和树脂基体的界面性能直接决定了复合材料的应用表现。通过电化学沉积法将碳纳米管和石墨烯接枝在碳纤维表面,模拟生物体的神经网络结构形成多尺度的三维碳材料网络。随后对碳纤维复合层压板的力学和电学性能进行测试,研究发现,改性后的界面增强了碳材料与树脂基材的接触面积,有效提高了碳纤维和树脂间的界面结合力。此外,复合材料的电阻随着碳纳米管/石墨烯质量分数的增加而不断减小,并且拉伸后复合材料的电阻率比拉伸前增大,表明层压板的电阻与其表面结构存在直接关系。该研究为拓展酚醛树脂复合材料的功能化和力-电耦合应用领域提供了新思路。

摘要： 根据PMUT实际结构,考虑压电层材料的压电效应,基于Kirchhoff薄板理论建立了双层非对称圆板结构的力电耦合动力学模型,并给出了数值解.分析了压电效应对双层圆板中性面位置与各阶固有频率及振型的影响.结果表明,压电效应使中性面与交界面的距离增大,对于厚度较大的双层板,压电效应对中性面的位置与各阶固有频率的影响是不可忽略的.此外,对于特定厚度的双层圆板,压电效应对具有大厚度比的双层圆板固有频率的影响更加显著.

摘要： 根据PMUT实际结构,考虑压电层材料的压电效应,基于Kirchhoff薄板理论建立了双层非对称圆板结构的力电耦合动力学模型,并给出了数值解。分析了压电效应对双层圆板中性面位置与各阶固有频率及振型的影响。结果表明,压电效应使中性面与交界面的距离增大,对于厚度较大的双层板,压电效应对中性面的位置与各阶固有频率的影响是不可忽略的。此外,对于特定厚度的双层圆板,压电效应对具有大厚度比的双层圆板固有频率的影响更加显著。

摘要： 建立了含裂纹损伤的曲梁压电能量俘获系统在强迫振动下的动力学模型. 基于Prescott型压电曲梁力电耦合振动方程的解析解和裂纹截面处的连续性条件, 求解了含裂纹损伤的压电曲梁的格林函数. 根据线性叠加原理, 对含裂纹的力电耦合模型的系统方程解耦, 得到强迫振动下含裂纹损伤的曲梁压电俘能器的输出电压.在得到模型的强迫振动解析解后, 提出逆方法检测结构中的裂纹损伤, 这一检测方法适用于处于振动状态下的结构. 在数值计算中, 令裂纹深度为零, 通过对比本文的解析解与现有文献中的解析解, 验证了本文解的有效性.分别分析了含裂纹损伤的压电曲梁的电压响应与裂纹深度、裂纹位置、材料的几何参数以及阻尼之间的关系.研究结果表明: 裂纹的存在对曲梁式压电俘能器的影响比直梁式更加复杂; 裂纹出现时, 损伤曲梁在健康曲梁的一阶频率值处一定会出现波动并被激励出二阶频率, 此时的二阶频率是开路中健康压电曲梁的一阶频率值;通过对电压响应的检测可以确定的损伤裂纹的深度和在结构中出现的位置范围; 利用振动问题的解来检测压电曲梁的健康状况是可行且准确的.

摘要： 本文运用格林函数法求解了曲梁压电俘能器在强迫振动下的解析解.运用微分法分析了压电层合曲梁结构面内各内力,根据曲梁压电俘能器的动力学方程组,基于压电本构关系,建立了包含径向阻尼但不考虑俘能器曲梁结构部分的轴向力以及轴向惯性项的Prescott力电耦合模型.采用Laplace变换法求得了耦合振动方程的格林函数解.根据叠加原理和格林函数的物理意义,对耦合的系统方程解耦进而求得强迫振动下曲梁压电俘能器的输出电压.数值计算中,通过与现有文献的解析解进行对比,验证了本文解析解的有效性,并研究了阻尼、电阻等重要物理参数对压电函数和谐振频率的影响.通过与有关传统直梁压电俘能器研究成果的对比,体现了曲梁压电俘能器Prescott模型的高效集能特性.数值分析研究表明:(1)使得曲梁俘能器达到最大输出电压时连接的最优负载电阻为1 M?;(2)通过更换适当的基底材料,降低材料的弹性模量,可以改变曲梁俘能器的高基频现象,以使结构适应更复杂的工作环境,但这会导致俘能器的工作效率降低.

摘要： 蠕动驱动器在生物医疗、空间技术、微流体设备和机器人等众多领域有着不可替代的作用.其中由涂有柔性电极的介电弹性体(Dielectric Elastomer)制造的新型线性蠕动驱动器备受关注.基于非线性弹性大变形理论,采用Arruda-Boyce 应变能模型,本文分析了蠕动泵中的DE 管状驱动器在静态时的大变形力电耦合特性,讨论了轴向预拉伸对驱动变形量的影响,预测了由介电弹性体击穿电压限制的驱动器的最大驱动变形量.本文的研究扩展了以往基于线弹性变形理论的相关研究,有益于深入理解这种新型驱动器在大变形下的机电耦合行为.

摘要： MEMS和其它微系统产品中许多致动器利用静电力作为驱动力.在许多微型电动机和致动器的设计中,分析静电力作用下微梁结构参数如悬臂梁的厚度对微梁挠度的影响是必要的.基于物理环境法顺序耦合法来分析悬臂梁的力电耦合,运用ANSYS软件对微悬臂梁模型进行机电耦合分析,讨论了在其他结构参数不变的情况下,微梁厚度与最大变形量的变化关系,并通过拟合曲线进一步探讨了微梁厚度对结构驱动性能的影响.

摘要： 研究了PMNZT陶瓷在力电耦合载荷下电滞回线的动态变化过程.当外加压应力与沿极化方向一致时,电滞回线随压应力的增加而不断沿顺时针方向转动,回线的面积逐渐减小;剩余极化强度,饱和极化强度以及矫顽场均随压应力的增大而减小.这一结果与材料中非90°铁电畴壁在力电载荷共同作用下的运动以及应力的去极化作用有关。

摘要： 对经500％拉拔并在135°C下真空退火2h的P(VDF-TrFE)68/32聚合物铁电薄膜进行了单轴拉伸断裂实验,并对拉伸前后的样品进行了结构分析.结果表明:薄膜样品在零电场和电场作用下的应力-应变行为均呈典型的二次强化现象.平行于拉伸方向的电场使聚合物铁电薄膜的屈服强度增加,而延伸率明显下降.在力电耦合场作用下,断裂样品的分子链取向程度明显低于纯力场作用下的断裂样品.因为平行拉伸方向的电场使分子链进行绕垂直于拉伸方向的轴旋转,阻碍分子链沿着外加力场方向高度取向,从而呈现出屈服强度增加而延性下降的特点.

摘要： 本文研究了力电耦合场下PMN-PT(铌镁酸铅-钛酸铅)单晶和PZT-5陶瓷两种材料的畴变，设计了PZT-5陶瓷在正交力电耦合作用下的本构实验(E3和压应力σ11),通过实验中得到电滞回线,蝶形曲线以及反蝶形曲线来研究畴变。 本文最后提出一个将180°畴变分成两次90°畴变的电畴翻转模型来解释该实验结果。

摘要： 力学场与电场造成的场耦合下,微构件材料的力学行为的研究有重要的意义.本文用自制的微拉伸装置,通过对不同电流作用下的直径为20 m的316L微构件进行拉伸实验,发现微构件在拉伸作用下出现明显的塑性变形;力学性能与宏观性能有所不同,出现了小尺寸效应;不同电流作用下,微构件的弹性模量和拉伸强度随电流的增大而降低,获得了可靠的设计参数.

摘要： 基于小范围畴变理论研究了连续激光辐照下含边缘裂纹铁电薄膜的断裂增韧行为。定义屏蔽应力强度因子和远场应力强度因子之比ΔKI/KI app为增韧率，以此来表示断裂增韧的程度，并将其表示为初始极化角Φ的函数去评估畴变效应。计算结果表明初始极化角在很大程度上影响着边缘裂纹近尖端应力强度因子 KI tip，并且随着初始极化角的增加，畴变区将会增韧裂纹尖端。考虑铁电薄膜中残余应力和由于基底严格约束产生的固有应变能影响，提出了一个新的畴变判据。根据该判据，模拟和讨论了不同厚度Pb(ZrxTi1-x)O3 薄膜在不同电场和力场加载条件下发生畴变时反映出的典型特征如：电位移vs电场，应变vs电场等回线。与文献中已报道结果吻合较好。

摘要： 基于小范围畴变理论研究了连续激光辐照下含边缘裂纹铁电薄膜的断裂增韧行为。定义屏蔽应力强度因子和远场应力强度因子之比ΔKI/KI app为增韧率，以此来表示断裂增韧的程度，并将其表示为初始极化角Φ的函数去评估畴变效应。计算结果表明初始极化角在很大程度上影响着边缘裂纹近尖端应力强度因子 KI tip，并且随着初始极化角的增加，畴变区将会增韧裂纹尖端。考虑铁电薄膜中残余应力和由于基底严格约束产生的固有应变能影响，提出了一个新的畴变判据。根据该判据，模拟和讨论了不同厚度Pb(ZrxTi1-x)O3 薄膜在不同电场和力场加载条件下发生畴变时反映出的典型特征如：电位移vs电场，应变vs电场等回线。与文献中已报道结果吻合较好。

摘要： 基于小范围畴变理论研究了连续激光辐照下含边缘裂纹铁电薄膜的断裂增韧行为。定义屏蔽应力强度因子和远场应力强度因子之比ΔKI/KI app为增韧率，以此来表示断裂增韧的程度，并将其表示为初始极化角Φ的函数去评估畴变效应。计算结果表明初始极化角在很大程度上影响着边缘裂纹近尖端应力强度因子 KI tip，并且随着初始极化角的增加，畴变区将会增韧裂纹尖端。考虑铁电薄膜中残余应力和由于基底严格约束产生的固有应变能影响，提出了一个新的畴变判据。根据该判据，模拟和讨论了不同厚度Pb(ZrxTi1-x)O3 薄膜在不同电场和力场加载条件下发生畴变时反映出的典型特征如：电位移vs电场，应变vs电场等回线。与文献中已报道结果吻合较好。

摘要： 基于小范围畴变理论研究了连续激光辐照下含边缘裂纹铁电薄膜的断裂增韧行为。定义屏蔽应力强度因子和远场应力强度因子之比ΔKI/KI app为增韧率，以此来表示断裂增韧的程度，并将其表示为初始极化角Φ的函数去评估畴变效应。计算结果表明初始极化角在很大程度上影响着边缘裂纹近尖端应力强度因子 KI tip，并且随着初始极化角的增加，畴变区将会增韧裂纹尖端。考虑铁电薄膜中残余应力和由于基底严格约束产生的固有应变能影响，提出了一个新的畴变判据。根据该判据，模拟和讨论了不同厚度Pb(ZrxTi1-x)O3 薄膜在不同电场和力场加载条件下发生畴变时反映出的典型特征如：电位移vs电场，应变vs电场等回线。与文献中已报道结果吻合较好。

摘要： 本发明涉及一种基于电涡流与压电原理耦合的三维力柔性触觉传感器，包括中空结构的四棱台状的本体及位于本体内的单个激励线圈；四棱台的侧面由PVDF薄膜合围而成；四棱台的顶面由金属薄层构成；四棱台的底面由柔性基底构成；所述激励线圈为平面螺旋结构且位于金属薄层的正下方；所述激励线圈输入正弦交变电流，输出阻抗信号。本发明利用电涡流式触觉传感的动态响应范围大以及压电式触觉传感高灵敏度的优点，通过微加工技术进行加工制造，实现结构简单、尺寸轻小、检测接触力的目的，可在仿生机械手、人工假肢等领域应用。

摘要： 本发明涉及一种可控电‑力耦合场加载装置及其测试方法，属于电子制造技术领域。所述电‑力耦合场加载装置包括测试柜和控制柜，所述测试柜包括拱架式机架，所述拱架式机架上设置有试样夹持台、可控电加载模块、垂直升降模块和磁吸附模块，其中：试样夹持台，用于装载测试板；可控电加载模块，与测试板相连，用于在控制柜的控制下改变测试板表面所受电场，造成局部电迁移；垂直升降模块，与试样夹持台相连，用于在控制柜的控制下搭载试样夹持台上下升降；磁吸附模块，设置在拱架式机架的顶部，用于在控制柜的控制下吸附和松开试样夹持台。本发明可以模拟真实环境，对测试板施加电场加载、力场加载、以及电‑力耦合场加载。

摘要： 本发明公开了一种实际工况下电池隔膜力‑热‑电耦合原位测试系统，涉及精密仪器技术领域，包括温控箱、环境模块、力学加载模块和多光谱‑声谱监测模块。环境模块构造了电化学和低温环境，力学加载模块对十字形隔膜试样进行双轴静‑动态耦合加载，多光谱‑声谱监测模块包括光学成像模块、红外热成像模块和声发射模块，用于加载过程的实时监测。本发明通过环境模块模拟隔膜实际工况，力学加载模块进行加载，多光谱‑声谱监测模块中光学成像模块对隔膜的显微结构进行动态观测；红外热成像模块对隔膜的温度分布进行识别；声发射模块实现隔膜裂纹和破损的监测。本发明为揭示力‑热‑电耦合下电池隔膜的失效机制及其微观结构演化行为提供仪器支撑。

摘要： 本实用新型公开一种微焊点在电‑热‑力‑磁耦合场作用下的实验装置，包括用于对微焊点试样提供温度的控温加热炉、用于对微焊点试样提供力场的力场机构以及用于对微焊点试样提供电流的电场机构；还包括用于对微焊点试样提供磁场的磁场机构；所述力场机构布置在所述控温加热炉，力场机构还用于夹持微焊点试样；所述磁场机构布置在控温加热炉内，力场机构布置在磁场机构内。本实用新型通过将电场、磁场和力场合理布置在控温加热炉，可实现对微焊点试样进行电‑热‑力‑磁耦合场加载，进而模拟微焊点的真实服役环境，可施加的力学载荷形式包括拉伸、剪切、疲劳、振动、蠕变、应力松弛。

摘要： 本发明实施例公开了一种解析静电与力电耦合响应的原子力显微方法及系统。一种解析静电与力电耦合响应的原子力显微方法，包括：将两个频段内具有不同特性参数的子波形按预设拼接顺序合成激励信号；将所述激励信号施加至待测目标，获取待测目标不同特性参数对应的振幅图像；根据目标解耦模型和所述待测目标的双模态振幅图像进行解耦与重构，生成所述待测目标的应变图像和静电图像。解决力电耦合应变测量易受静电影响、结果不准确的问题，实现由目标解耦模型定量解析双模态数据准确获得待测目标的力电耦合应变图像和静电响应图像的效果。

摘要： 本发明公开一种基于非线性力电耦合生长模型的软物质生长自组装方法，该方法可以实现通过力电耦合效应来控制生长软组织的自组装方法，所述方法包括将生长前后的软组织的几何特征模型化，进而得到生长前后的残余应力和电场强度；对于生长前后的残余应力和电场强度进行稳定性分析，获得满足增量平衡方程的模态，进而可以实现通过外部电场和机械力场实现指导调控生长自组装。本方法可以被广泛应用在软体机器人设计制造，生物医学研究，以及临床假体移植等科学及应用领域。

摘要： 本发明提供了一种力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价装置及方法，涉及金属材料性能评价技术领域，能够实现力电耦合下氢致裂纹扩展行为评价试验，并且避免电场和溶液介质对位移测量仪器的损伤；该装置包括：实验舱，用于模拟实验环境，在待测样品周围提供具有导电性的介质；应力加载系统，用于给待测样品施加应力；电场干扰系统，用于给待测样品施加干扰电场；位移转移系统，与待测样品连接，用于将待测样品裂纹尺寸的变化转移出来；位移监测系统，与位移转移系统连接，用于通过位移转移系统测量待测样品的裂纹尺寸。本发明提供的技术方案适用于氢致裂纹扩展行为评价的过程中。

摘要： 本发明公开了一种用于原子显微镜的磁‑力电耦合加载系统，该系统由一个支架，一对亥姆赫兹线圈，两个能够左右移动的夹头和一个能够上下移动的压头组成；一对亥姆赫兹线圈固定在支架的上表面，支架的内腔两端各设置一个能够左右移动的夹头，夹头的下端套在一个沿支架内腔长度方向放置的传动轴上；支架内腔的正中间设置一个能够上下移动的压头，压头的底部固定在一个中部和支架铰接的传动板的一端上，传动板的另一端与一个能够上下移动的压杆连接。本发明可配合原子力显微镜使用，完成在力学拉伸、四点弯或磁场等加载条件下的材料表面力电耦合行为的表征，可有效地保证每次改变加载条件后原子力显微镜测量的都是通过区域，并且该加载系统操作简单。

摘要： 本发明实施例公开了一种解析静电与力电耦合响应的原子力显微方法及系统。一种解析静电与力电耦合响应的原子力显微方法，包括：将两个频段内具有不同特性参数的子波形按预设拼接顺序合成激励信号；将所述激励信号施加至待测目标，获取待测目标不同特性参数对应的振幅图像；根据目标解耦模型和所述待测目标的双模态振幅图像进行解耦与重构，生成所述待测目标的应变图像和静电图像。解决力电耦合应变测量易受静电影响、结果不准确的问题，实现由目标解耦模型定量解析双模态数据准确获得待测目标的力电耦合应变图像和静电响应图像的效果。

摘要： 本发明公开一种测试材料动态力电耦合性能的装置，其包括：同轴顺序连接的应力波产生器、入射杆、透射杆，其中入射杆和透射杆之间夹持有试样；应力波产生器产生拉伸应力波，拉伸应力波作为入射应力波沿入射杆传播并对试样进行加载，入射应力波的一部分在入射杆中形成反射应力波，入射应力波的另一部分通过试样进入透射杆中形成透射应力波，试样在加载过程中产生形变；数据采集器采集入射杆和透射杆上的应力波信号；计算模块根据应力波信号计算出试样的工程应变率、工程应变和工程应力，并根据试样的工程应变率、工程应变和工程应力得到试样的真实应变率、真实应变和真实应力。通过本发明能够得到动态加载下材料应力‑电阻率‑应变耦合响应关系。