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基于含金属芯压电纤维与Lamb波的一维结构损伤定位研究 被引量:7
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作者 刘建 裘进浩 +2 位作者 常伟杰 季宏丽 朱孔军 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2011年第4期16-20,共5页
含金属芯压电纤维(Metal-core Piezoelectric Ceramic Fiber,MPF)是一种新型压电功能器件。介绍了MPF的结构及其对圆形压电片激励Lamb波的传感响应模型。利用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟的原理,把MPF传感单一模式Lamb波... 含金属芯压电纤维(Metal-core Piezoelectric Ceramic Fiber,MPF)是一种新型压电功能器件。介绍了MPF的结构及其对圆形压电片激励Lamb波的传感响应模型。利用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟的原理,把MPF传感单一模式Lamb波在一维结构中进行了损伤定位研究。研究结果表明:MPF可以进行Lamb波的单一模式传感,采用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟效果较好,损伤定位精度较高。 展开更多
关键词 金属芯压电纤维 LAMB波 单一模式 GABOR小波 结构健康监测
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含金属芯压电纤维传感Lamb波方向性研究 被引量:6
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作者 刘建 裘进浩 +2 位作者 常伟杰 季宏丽 朱孔军 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2011年第2期54-56,67,共4页
含金属芯压电纤维(MPF)是一种新型压电功能器件。阐述了基于小波变换的Lamb波能量因子计算原理,把MPF作为Lamb波传感器,分别采用幅值和小波变换能量因子的方法对MPF传感Lamb波的方向性进行了研究。研究结果表明:MPF对Lamb波的传感表现... 含金属芯压电纤维(MPF)是一种新型压电功能器件。阐述了基于小波变换的Lamb波能量因子计算原理,把MPF作为Lamb波传感器,分别采用幅值和小波变换能量因子的方法对MPF传感Lamb波的方向性进行了研究。研究结果表明:MPF对Lamb波的传感表现出很强的方向性。相比采用幅值表征的结果,采用能量因子进行传感方向性表征更能体现出MPF对Lamb波的方向性传感特性。 展开更多
关键词 金属芯压电纤维 LAMB波 小波变换 方向性 结构健康监测
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半电极含金属芯压电纤维的弯曲振动模型 被引量:7
3
作者 边义祥 裘进浩 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第6期1298-1305,共8页
建立了悬臂梁结构的半电极含金属芯压电纤维(HMPF)的弯曲振动模型和动态测试模型。基于外加电压时的等效弯矩,推导了悬臂梁结构的HMPF的弯曲振动模型;用第一类压电方程,推导了外加简谐激励电压时,HMPF的表面电位移、电荷和导纳,建立了... 建立了悬臂梁结构的半电极含金属芯压电纤维(HMPF)的弯曲振动模型和动态测试模型。基于外加电压时的等效弯矩,推导了悬臂梁结构的HMPF的弯曲振动模型;用第一类压电方程,推导了外加简谐激励电压时,HMPF的表面电位移、电荷和导纳,建立了动态测试模型,通过测量共振频率fr、反共振频率fa和低频电容CLF,得到HMPF的弹性柔顺系数s1E1、机电耦合系数k31、介电常数ε3T3和压电常数d31。叙述了弯曲振动模型和动态测量模型的建立过程和测试步骤,测试了3根HMPF样品,得到各参数的平均值,s1E1为16.856×10-12 Pa-1,k31为0.179,ε3T3为2 251,d31为-103.621pC/N。测试结果表明所建立的动态测试方法可以快速、准确地测量HMPF的主要参数。 展开更多
关键词 半电极含金属芯压电纤维 压电振动 动态测试模型
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含金属芯压电纤维的测试标准与夹具设计
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作者 罗俊 裘进浩 +2 位作者 朱孔军 季宏丽 杜建周 《光学精密工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第4期1000-1010,共11页
针对新型压电器件—含金属芯压电纤维(MPF)—结构尺寸细小,很难找到合适的测量夹具和测试方法等问题,提出了一种操作方便的MPF测试方法。首先,通过MPF的压电方程得到其测试模型,并确定了MPF的电学性能测试步骤。然后,研究了测量夹具对... 针对新型压电器件—含金属芯压电纤维(MPF)—结构尺寸细小,很难找到合适的测量夹具和测试方法等问题,提出了一种操作方便的MPF测试方法。首先,通过MPF的压电方程得到其测试模型,并确定了MPF的电学性能测试步骤。然后,研究了测量夹具对测量结果的影响。实验显示:夹持位置在MPF的中间时容易产生偏离,影响测量结果;夹持位置在端部时,谐振频率和反谐振频率的相对导纳值较小,也不利于准确测量。另外,MPF尺寸细小,夹持力也会影响MPF的谐振,使测量结果产生误差。最后,提出一种不需要夹持测量MPF的方法。采用该方法对PZN-PZT压电陶瓷的MPF进行了测量,结果显示其压电应变常数d31为-97pC/N,机电耦合系数k31为0.197,介电常数ε3T3为1 458。这种方法测试准确,操作简单,不易损伤MPF,可作为MPF压电性能测试标准。 展开更多
关键词 金属芯压电纤维 压电陶瓷 夹具设计 谐振 测试标准 电学性能
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基于含金属芯压电纤维的冲击载荷定位
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作者 朱云开 刘建 《机械设计与研究》 CSCD 北大核心 2014年第5期88-90,共3页
采用含金属芯压电纤维(MPF)作为传感元件,利用其传感的方向性特点,提出了一种基于MPF花形结构的冲击载荷定位方法,该方法无需知道应力波在结构中的传播速度。同时,利用该方法进行了板结构冲击载荷定位的实验研究,研究结果表明基于MPF花... 采用含金属芯压电纤维(MPF)作为传感元件,利用其传感的方向性特点,提出了一种基于MPF花形结构的冲击载荷定位方法,该方法无需知道应力波在结构中的传播速度。同时,利用该方法进行了板结构冲击载荷定位的实验研究,研究结果表明基于MPF花形组合结构的方法可以用于冲击载荷定位,而且定位精度较高。 展开更多
关键词 金属芯压电纤维 冲击载荷 定位 MPF花形结构
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金属芯压电纤维/聚合物复合材料压电-黏弹-塑性行为的细观力学模型 被引量:2
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作者 梅宝平 钟轶峰 +1 位作者 黄子昂 夏振庭 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第1期229-237,共9页
为了表征金属芯压电纤维增强聚合物基(MPF/PM)复合材料非线性、时变的压电-黏弹-塑性行为,基于变分渐近理论建立MPF/PM增量形式的细观力学模型。首先分别导出聚合物和MPF增量型本构方程,基于汉密尔顿扩展原理推导出MPF/PM压电-黏弹-塑... 为了表征金属芯压电纤维增强聚合物基(MPF/PM)复合材料非线性、时变的压电-黏弹-塑性行为,基于变分渐近理论建立MPF/PM增量形式的细观力学模型。首先分别导出聚合物和MPF增量型本构方程,基于汉密尔顿扩展原理推导出MPF/PM压电-黏弹-塑性变分原理的能量泛函。考虑材料的时变和非线性特征,建立与求解瞬时有效机-电耦合矩阵有关的增量过程,并通过有限元技术实现模型的数值模拟。利用构建模型研究了不同铝芯体积分数、电场变化率和加载条件对MPF/PM有效全局应力-应变和单轴纵向拉伸性能的影响。结果表明,构建的模型能准确模拟MPF/PM多场耦合作用下的非线性、时变行为,为该新型智能材料的实际工程应用奠定理论基础。 展开更多
关键词 变分渐近法 压电-黏弹-塑性 金属芯压电纤维 聚合物 复合材料 细观力学模型
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含金属芯压电压磁纤维/聚合物基复合材料时变、非线性和多物理场响应的细观力学模型 被引量:3
7
作者 夏振庭 钟轶峰 +1 位作者 黄子昂 梅宝平 《复合材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期2747-2755,共9页
为有效模拟新型多功能智能材料——金属芯压电压磁纤维/聚合物基复合材料(MPPF/PMCs)的有效时变、非线性和多物理场响应,基于变分渐近法建立增量形式的细观力学模型。首先分别导出聚合物、压电压磁材料和金属芯的增量本构关系,建立统一... 为有效模拟新型多功能智能材料——金属芯压电压磁纤维/聚合物基复合材料(MPPF/PMCs)的有效时变、非线性和多物理场响应,基于变分渐近法建立增量形式的细观力学模型。首先分别导出聚合物、压电压磁材料和金属芯的增量本构关系,建立统一的本构方程;以此为基础,推导出能量变化泛函的变分表达式。考虑材料的时变和非线性特征,建立与求解瞬时切线电-磁-力耦合矩阵有关的增量过程;通过最小化近似泛函求解场变量的波动函数,并通过有限元数值实现,从而建立逼近物理和工程真实性的细观力学模型。通过含铝芯压电(BaTiO_3)压磁(CoFe_2O_4)聚合物基复合材料算例表明:构建的模型可用于模拟不同多物理场下MPPF/PMCs的有效响应,可准确捕捉纤维与基体间的应力突变现象。 展开更多
关键词 变分渐近均匀化法 非线性行为 金属芯压电压磁纤维增强材料 细观力学模型 多场耦合
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CONSTITUTIVE EQUATIONS OF METAL-CORE PIEZOELECTRIC FIBERS 被引量:3
8
作者 边义祥 裘进浩 王鑫伟 《Transactions of Nanjing University of Aeronautics and Astronautics》 EI 2008年第3期169-175,共7页
Metal-core piezoelectric fibers (MPFs) are one of the new type piezoelectric devices. To investigate the piezoelectricity and the mechanical properties of the piezoelectric fibers, the constitutive equations are est... Metal-core piezoelectric fibers (MPFs) are one of the new type piezoelectric devices. To investigate the piezoelectricity and the mechanical properties of the piezoelectric fibers, the constitutive equations are established. It can describe the response of piezoelectric fibers subject to an axial force and an external voltage. A cantilever bar subject to a tip axial force and an external voltage on the electrodes is considered. The internal energy density in thermodynamic equilibrium is obtained. The total internal energy is calculated by integrating over the entire volume of the bar. The generalized displacement of the tip axial force is the tip elongation δ, and the generalized displacement of the voltage is the electrical charge Q on the electrodes. In the established constitutive equations, the excitation (input) parameters are the axial force and the external voltage, the response (output) parameters are the tip elongation and the electric charge. And the response parameters are related to the excitation parameters by a 2× 2 piezoelectric matrix. Finally, two experiments using MPF as a sensor or an actuator are performed to verify the constitutive equations. And experimental results are compared with analytical ones. 展开更多
关键词 piezoelectric ceramics fibers constitutive equations metal core
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高科技武装美国大兵
9
作者 Doug Smock 《工业设计》 2008年第3期46-48,共3页
美国未来士兵将会穿上轻便的纳米材料服装。
关键词 纳米军服 液体结晶聚合物纤维 布料集成电子产品 三大顶级合成物系统 金属芯纤维 医疗救助服装
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一种仿生壶腹嵴的振动传感特性研究 被引量:3
10
作者 李文康 王永坡 +2 位作者 徐强 边义祥 姜亚妮 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2020年第1期40-44,共5页
为了研究人耳半规管中壶腹嵴的振动传感特性,本文采用表面对称电极含金属芯PVDF纤维(SMPF)传感器,代替人体纤毛细胞感受器,并模仿人体壶腹嵴的结构,设计制备了一种仿生壶腹嵴。根据压电方程和振动理论,建立了仿生壶腹嵴的振动传感理论... 为了研究人耳半规管中壶腹嵴的振动传感特性,本文采用表面对称电极含金属芯PVDF纤维(SMPF)传感器,代替人体纤毛细胞感受器,并模仿人体壶腹嵴的结构,设计制备了一种仿生壶腹嵴。根据压电方程和振动理论,建立了仿生壶腹嵴的振动传感理论模型。搭建了实验系统,测试了仿生壶腹嵴的振动传感功能。实验结果表明,仿生壶腹嵴在液体压力作用下可以产生相应的变形,而通过SMPF的输出电荷信号,可以感知仿生壶腹嵴受到的振动激励,包括正弦与冲击振动的波形、频率和幅值。实验结果验证了理论模型,同时验证了人体半规管中,壶腹嵴具有振动感知的能力和作用。 展开更多
关键词 半规管 壶腹嵴 仿生毛发传感器 金属芯PVDF纤维 振动传感
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一种新型驱动器
11
作者 王静怡 裘进浩 +2 位作者 朱孔军 季宏丽 陈海荣 《压电与声光》 CSCD 北大核心 2013年第5期666-671,共6页
介绍了一种新型压电驱动器含金属芯压电陶瓷纤维(MPF),推导了MPF的驱动电压与位移关系,运用ABAQUS软件对MPF进行了有限元仿真,并将MPF在不同驱动电压下的位移进行了理论值和仿真值的对比,验证了所推导公式中响应位移和驱动电压关系的正... 介绍了一种新型压电驱动器含金属芯压电陶瓷纤维(MPF),推导了MPF的驱动电压与位移关系,运用ABAQUS软件对MPF进行了有限元仿真,并将MPF在不同驱动电压下的位移进行了理论值和仿真值的对比,验证了所推导公式中响应位移和驱动电压关系的正确性。通过实验测试了MPF的迟滞特性,并设计了迟滞逆模型开环控制、迟滞逆模型结合比例、积分和微分(PID)的两种控制方法对MPF进行了迟滞补偿控制。实验表明,复合控制的效果较好,MPF迟滞得到了很好补偿,使输入和输出呈线性,实现了高于10nm的高精度定位。复合控制的实验结果也进一步验证了MPF位移公式的正确性。 展开更多
关键词 金属芯压电陶瓷纤维(MPF) 驱动电压 位移 线性
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仿生半规管传感器密度差感知特性研究 被引量:1
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作者 李强 王先进 +2 位作者 陈文家 边义祥 姜亚妮 《压电与声光》 CAS 北大核心 2021年第4期523-527,共5页
采用表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器,代替人体纤毛细胞感受器,设计制备了一种仿生半规管。根据压电方程和密度差理论,建立仿生半规管的密度差感知机理理论模型。搭建了实验系统,测试了传感器对仿生内淋巴液与仿... 采用表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器,代替人体纤毛细胞感受器,设计制备了一种仿生半规管。根据压电方程和密度差理论,建立仿生半规管的密度差感知机理理论模型。搭建了实验系统,测试了传感器对仿生内淋巴液与仿生壶腹嵴之间密度差变化的感知功能。实验结果表明,仿生壶腹嵴传感器在液体压力作用下可以产生相应的变形,并且不同密度差下的响应幅值不同,同时验证了人体半规管中,当密度差足够大时,半规管具有对直线加速度产生反应的能力。 展开更多
关键词 金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维 半规管 壶腹嵴 压电效应 传感器
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仿生毛发气流传感器在流场中的传感特性研究
13
作者 徐强 李佳玲 +2 位作者 孙凯旋 姜亚妮 边义祥 《压电与声光》 CAS 北大核心 2020年第2期207-212,共6页
模仿昆虫感受器的结构,设计制备了一种仿生毛发气流传感器——表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器。基于流体力学理论和第一类压电方程建立了SMPF的气流传感模型。搭建了实验系统,验证了SMPF对于气流速度的传感能力... 模仿昆虫感受器的结构,设计制备了一种仿生毛发气流传感器——表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF)传感器。基于流体力学理论和第一类压电方程建立了SMPF的气流传感模型。搭建了实验系统,验证了SMPF对于气流速度的传感能力。实验结果表明,SMPF的输出信号和气流速度的平方成线性关系,验证了理论模型,表明SMPF具有感知气流速度的能力。将纤维呈阵列排布置于风洞流场中,用气流对纤维阵列进行冲击,搭建实验系统,验证了纤维在流场中的传感特性,并进行有限元仿真分析。实验结果表明,在风洞装置中,当有气流流过时,会产生流动边界层,且沿着气流速度方向边界层厚度越来越厚,同一截面上的气流速度差也越来越大。实验结果验证了理论模型,表明SMPF具有感知流场分布的能力。 展开更多
关键词 仿生毛发 表面对称电极含金属芯聚偏氟乙烯(PVDF)纤维(SMPF) 压电特性 气流传感模型 传感器 流动边界层
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