基于Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶/纳米晶粉的压磁复合材料研究

研究了基于Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶/纳米晶粉的柔性压磁复合材料制备技术及其性能,讨论了橡胶种类,磁粉粒径、含量及工艺因素等对Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9/橡胶复合材料压磁性能的影响。结果表明:采用粒径为45μm,用量约15%的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶/纳米晶粉与高温硫化有规共聚硅氧烷在171℃,15MPa条件下,硫化45min制备的、厚度约150μm的压磁复合材料薄膜具有较好的应力敏感特性和压磁稳定性能,有望作为新一代柔性、薄型接触应力传感器的敏感元件材料。

Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9非晶粉/硅橡胶压磁复合材料的制备与性能研究

采用机械共混法制备Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶粉/硅橡胶压磁复合材料,并对其压磁性能进行研究。结果表明,Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9非晶粉/硅橡胶复合材料具有良好的压磁性能,且压磁性能稳定性和阻抗蠕变性能优异,可用于新型压力传感器用力敏元件。

压电压磁复合材料中界面裂纹对弹性波的散射

利用Schmidt方法分析了压电压磁复合材料中可导通界面裂纹对反平面简谐波的散射问题· 经过富里叶变换得到了以裂纹面上的间断位移为未知变量的对偶积分方程· 在求解对偶积分方程的过程中,裂纹面上的间断位移被展开成雅可比多项式的形式· 数值模拟分析了裂纹长度、波速和入射波频率对应力强度因子、电位移强度因子、磁通量强度因子的影响· 从结果中可以看出。

压电压磁复合材料中一对平行裂纹对弹性波的散射

利用Schmidt方法对压电压磁复合材料中一对平行对称裂纹对反平面简谐波的散射问题进行了分析,借助富里叶变换得到了以裂纹面上的间断位移为未知变量的对偶积分方程.在求解对偶积分方程的过程中,裂纹面上的间断位移被展开成雅可比多项式的形式,最终获得了应力强度因子、电位移强度因子、磁通量强度因子三者之间的关系.结果表明,压电压磁复合材料中平行裂纹动态反平面断裂问题的应力奇异性与一般弹性材料中的动态反平面断裂问题的应力奇异性相同,同时讨论了裂纹间的屏蔽效应.

圆柱状压电压磁复合材料中波的传播和能量输送

应用“杆化模型”对压电压磁复合圆柱体中轴对称弯曲波进行了研究,得到了圆柱体低阶模态的频散曲线,而且它们能够按照拟P波和拟SV波及SH波的形式进行分类。发现在压电压磁复合材料中存在复合构成的电磁感应性质;沿着柱体轴向耦合传播的波中存在高速传播的电磁波和稳速传播的应力波;在由拟P波和拟SV波形成的通道上能量以不同的性态进行传输和相互交换。

柔性压磁复合材料的力学和磁特性研究

以硅橡胶为基体、非晶粉Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9为增强材料,制备了Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9/硅橡胶柔性压磁复合材料。利用CSS-3901D电子蠕变松弛试验机和力磁耦合加载试验机得到了该复合材料压缩性能、蠕变性能和磁感应强度的变化规律,分析了环境温度、白炭黑含量和热处理工艺等对材料力学性能和初始磁导率的影响。结果表明,气相白炭黑含量对该复合材料力学性能影响较大,而对非晶粉热处理工艺的影响较小;非晶粉的热处理可提高该复合材料的初始磁导率,降低磁阻抗效应。

压电压磁复合材料中裂纹对反平面简谐弹性波的散射问题

分析了压电压磁复合材料中裂纹对反平面简谐弹性波的散射问题。利用傅立叶变换,使问题的求解转换为对一对以裂纹表面上的位移差为未知变量的对偶积分方程的求解。为了求解对偶积分方程,把裂纹面上的位移差展开为雅可比多项式形式,进而得到了裂纹长度、入射波波速及入射波频率对裂纹应力强度因子的影响。从数值结果可以看出,压电压磁复合材料中可导通裂纹的反平面问题的动应力奇异性与一般弹性材料中的反平面断裂问题动应力奇异性相同。

压电压磁复合材料中正六边形孔边裂纹的反平面断裂问题

基于线性磁电弹性理论,利用Schwarz-Christoffel(CS)变换技术和Stroth公式,首次系统研究了压电压磁复合材料中含带两个不对称裂纹的正六边形孔口问题在部分渗透磁电边界条件下的解析解.当忽略磁场时,磁电非渗透裂纹和磁电渗透裂纹两种极端情况下的解析解答可退化为文献已有研究结果.数值结果揭示了正六边形孔口尺寸、裂纹长度以及力电载荷和磁载荷对能量释放率的影响规律.研究结果表明:减小孔口边长和裂纹长度可以提高材料的可靠性;机械载荷总是促进裂纹扩展;在磁电非渗透和磁电部分渗透边界条件下,负电场和负磁场会延缓裂纹的扩展,而正电场可以增强或阻碍裂纹的扩展,这取决于所施加的电场和磁场的强度以及机械载荷的水平;在磁电渗透边界条件下,电场和磁场对裂纹的扩展没有影响.

具裂纹的功能梯度压电压磁复合材料的SH波散射问题

讨论了具裂纹功能梯度压电压磁复合材料的SH波的散射问题,通过Fourier积分变换,把混合边值问题转化为对偶积分方程,并利用Copson方法将对偶积分方程转化为第二类Fredholm积分方程求解,得到了裂纹尖端的应力强度因子、电位移强度因子和磁通量强度因子,最后通过数值计算讨论了材料梯度参数,入射角等因素对标准动应力强度因子的影响.

压电压磁复合材料中二维散射问题的解析研究

用极化方法分析了含一二维夹杂的无限压电压磁基体中的波动散射问题.以此为目的,首先构建了二维压电压磁"相对体"的极化方法.当一般性波动退减为简谐振动时,极化方法的核心函数退减为二维谐波Green函数.利用氡变换的解析方法,首次求得了二维谐波Green函数的积分表达式,该表达式在低频初始波与小尺度椭圆柱夹杂物的假设下可得到进一步的简化,并最终求得解析解.推导针对同时具有压电以及压磁效应的一般性各向异性材料进行,然后将所得的结果简化到仅针对压电复合材料的情况.以此简化解析解为基础,提供了两个算例,讨论了影响含一二维椭圆柱夹杂的PZT-5H压电陶瓷复合材料的散射截面的各种不同因素(包括夹杂的尺寸、形状效应,材料常数的影响,以及压电效应等).

压电-压磁弹性复合材料的研究

本文主要简介了压电复合材料的基本概念、结构与性能关系,加工工艺,对压电复合材料的发展、现状进行概述。并介绍了压电压磁弹性复合材料的研究现状。复合材料是20世纪70年代发展起来的一种多功能复合材料,它对我国电力市场发展具有十分重要的意义。

压磁压电层合复合材料圆柱壳表面局部分层屈曲

基于复合材料层合壳理论,利用压磁压电纤维材料的本构关系,考虑在温度和电场、磁场作用下,推导含压磁压电材料的局部非对称分层子层壳的总势能及屈曲控制方程.分析子层屈曲时,考虑了面内横向位移.通过对不同铺层形式的计算,给出了温度、电场、磁场荷载作用下,压磁压电复合材料层壳的几何参数、物理参数对任意方向椭圆形的局部分层屈曲临界应变值的影响规律.

Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B_9合金粉/硅橡胶复合材料薄片的压缩行为研究

Fe_(73.5)Cu_1Nb_3Si_(13.5)B9合金粉/硅橡胶压磁复合材料是针对特种界面接触压力测量研发的新型传感材料,为了将该种材料的薄片作为传感器敏感元,需要认识薄片的力学行为.本文对该种压磁复合材料单层薄片试样和多层薄片重叠组合试样进行压缩实验和有限元数值模拟,获得了不同试样的压缩应力-应变曲线.通过对这些曲线的分析、比较,获得了如下认识:薄片的单向压缩应力-应变曲线存在近似线性段,且近似线性段具有一定的长度和足够弱的非线性程度;单层试样应力-应变曲线的近似线性段的斜率随厚度增大而减小;由厚度量级相同的若干单层重叠组成的试样,层数越多,则近似线性段的斜率越小;总厚度相同但层数不同的试样,层数越多,则近似线性段的斜率越大.以上的研究结果对于传感器设计、标定、控制及使用具有一定的指导意义.

多铁性层状复合材料中平行界面上的多裂纹问题

与压电/压磁颗粒复合材料相比,压电/压磁层状复合材料结构简单,而且常温下的磁电耦合系数较大,因而具有更大的应用前景。然而,在力电磁载荷的作用下,压磁层和压电层的界面难免会发生开裂。这是因为:第一,夹杂、空穴等制造缺陷一般集中在界面区域;第二,长时间工作之后,压电/压磁复合材料界面处的导电银胶可能发生老化,在载荷作用下,老化的界面易于产生损伤甚至开裂;第三,界面两侧压磁层与压电层的材料性能失配往往会导致界面附近区域产生应力集中,从而引起界面开裂。因此,各层间界面上的裂纹问题也十分值得研究。该类复合材料一般是由多层压电相与压磁相交替粘接而成,为了简化起见,本文仅研究由中间的压磁层和两侧的压电层所组成的三层复合材料中两个平行界面上的多裂纹问题。现有文献在对压电/压磁层状复合材料开展断裂力学分析时,一般都不计压电层的导磁性与压磁层的介电性。然而,实际上它们却往往未必可以忽略。因此,在本文的分析中,我们假定压电层的磁导率与压磁层的介电系数同时都不为零。在此基础上,本文对压电/压磁层状复合材料的界面非等长多裂纹问题进行理论推导和数值计算,探讨几何参数和物理参数对界面断裂规律的影响,为工程中的界面防断裂设计提供理论参考。

压电压磁双层板的锯齿形结构理论

压电压磁复合材料具有力、电、磁之间的多场耦合特性,在智能元器件上有广泛的应用前景,近年来得到了众多研究者的关注。以压电压磁双层板为例,基于锯齿形结构理论的思想,在每一层中单独假设位移、电势和磁势,通过满足界面处位移和剪应力连续及上下表面剪应力为零的条件,将独立变量或常数的个数降低为7个。进一步采用变分原理,建立了相应的控制方程和边界条件。针对四边简支的压电压磁双层板,给出了类似于经典纳维解的解析解,并进行了数值计算。结果表明,采用锯齿形板理论,可以保证剪应力在界面是连续的,这在电磁耦合特性依赖于界面传递的压电压磁复合材料结构的分析中十分重要。