复合双压电层FBAR的建模与仿真

在复合单压电层薄膜体声波谐振器(FBAR)的基础上,提出了一种新型的复合双压电层FBAR,它可以大大提高压电材料选择的灵活性。通过建模得到该结构的输入阻抗解析表达式,据此进行了仿真分析。仿真结果表明,基模谐振频率随双压电层结构中的较高声速压电膜的厚度所占比率的增加而加速增大,而相对带宽随较高机电耦合系数的压电膜的厚度与较低机电耦合系数的压电膜的厚度比的增加逐渐增加,并且复合双压电层FBAR出现了单压电层时所没有的模式。     

ZnO/AlN复合压电薄膜的研制

各种超高频电子整机需要高性能的表声波压电器件。介绍了新的压电薄膜——ZnO/AIN复合压电薄膜的制速、结构和性能,并给出主要研制结果。     

特种压电陶瓷变压器的研制

简要讨论了压电变压器的工作原理和结构及压电材料的选择。报道了铌镁锰锆钛酸铅（ＰＭＭＮ－２）四元系压电陶瓷材料的研制概况，设计并制作了一种带宽窄、升压比和转换效率高的ＥＴ型压电陶瓷变压器。通过有关单位试用性试验，能达到引爆要求。     

悬臂压电梁自由端受集中力的解析解

从压电弹性介质三维本构方程及平面问题的简化物理方程出发 ,求出了悬臂压电梁在没有外加电场情况下自由端受集中力时位移、电势的解析解 ,为探索压电层的感测机理提供了参考依据。     

压电板的主动控制实验研究

研究了压电板模型的主动控制。建立了主动控制方程，进行了实验研究。结果表明，采用压电片作为传感器和制动器的压电板的振动可以得到较好的抑制。说明了控制策略的可行性。为压电智能结构的进一步应用提供了实验基础。     

压电陶瓷驱动高频喷射阀的结构设计

为了提高喷气织机的引纬性能，降低能耗，课题组设计了一种基于压电陶瓷驱动的高频喷射阀。首先对喷射阀的核心部件压电弯曲片的刚度性能做了仿真分析和理论验证；然后对压电陶瓷驱动型高频喷射阀进行FLUENT模拟仿真；最后利用MATLAB软件对压电驱动系统进行动态仿真，确认了合理的工作间隙，进而对喷射阀的结构进行了优化。模拟得到最佳工作参数：喷射阀进气口直径为4 mm，压电喷射阀的工作间隙为1.5 mm。设计的这种喷射阀响应时间相比传统电磁式喷射阀缩短了60%，大大降低了气能损耗。     

压电悬臂梁驱动传感共位特性研究

为了探究压电陶瓷悬臂梁结构的驱动传感共位特性，笔者研究了以压电耦合悬臂梁样机分别作为传感器、驱动器和驱动传感共位时电流的变化规律，分析了压电悬臂梁被限位工作条件下其共位信号与空载状态信号的差异性，通过检测压电悬臂梁内部电流的变化来实现对压电悬臂梁驱动状态的共位检测。实验结果表明：在电压的激励下，压电悬臂梁在未被限位工作条件下，仅存在频率大小约为230 Hz的响应信号；压电悬臂梁在限位条件工作时，其采样信号在230 Hz和1 640 Hz附近处有明显响应，且仿真结果与实验结果误差均在4%以内。该实验结果证明了可将压电陶瓷悬臂梁内部电流变化所对应的特征频率作为其工作状态的判定。     

中心裂纹压电材料板的断裂问题分析

根据裂纹附近广义位移场的局部解,构造了一种新的关于含中心裂纹压电材料广义位移模式并建立了有限元断裂分析模型,建立了含中心裂纹损伤压电材料结构有限元方程,提出了求解压电材料含中心裂纹广义强度因子等断裂参量的数值计算方法。数值算例说明本文方法有效。     

半无限平面压电双材料中导电界面边裂纹与螺位错的相互作用

研究了半无限大压电双材料中导电界面边裂纹与螺位错之间的相互作用问题。首先利用无限大压电双材料的位错解和扰动的概念，推导了具有导电边界半无限大压电双材料的位错解，然后使用保角变换方法，得到了含有限长导电界面边裂纹半无限大压电双材料的位错解。基于所得到的解，给出了应力强度因子和作用在位错上的像力的显函表达式，并通过数值算例分析了相互作用机理。     

带U型切口的非线性压电能量采集器的动力学仿真研究

针对目前压电采集器采集频带较窄、采集效率较低的问题，笔者在压电采集器中引入磁场构建了非线性振动系统，拓宽了采集器的采集频带。设计了一种带U型切口的非线性压电振动能量采集器；通过建立采集器的理论模型，分析了该采集器的势能系统，并仿真研究了不同激振频率下内梁磁铁与外梁磁铁的水平间距D的改变对采集器输出均方根电压的影响。数值分析发现：减小间距D，可以使该采集器的内、外梁的势能系统从单稳态系统过渡到双稳态系统；并随着间距D的减小，该能量采集器在其谐振频率处输出的均方根电压逐渐增大，但对该能量采集器的有效采集频带影响并不大。该研究表明引入磁场的带U型切口的双悬臂压电梁能有效提高压电能量采集器采集效率。     

半平面压电复合介质中的螺位错

研究了半平面压电复合介质中螺位错的性能。使用复变函数理论和虚拟镜像原理，得到了螺位错产生的电弹场和作用在位错上像力的解析表达式。作为特例，计算了由横观各向同性压电材料和非压电材料组成的半平面复合介质中螺位错的像力，结果表明，位错总是被自由边界所吸引，而位错被界面吸引还是排斥依赖于非压电材料的弹性常数与压电变硬的材料常数的相对值。     

智能悬臂梁的振动控制

从压电材料的驱动原理出发，将压电驱动器对梁的作用，在压电片两端点处的梁截面中点，等效为一对平衡力和一对平衡车偶，然后采用频响应函数进行驱动器位置优化，并采用模态空间方法对智能悬臂梁的振动进行了主动控制，并用实验验证了该智能悬壁梁振动控制理论的有效性。     

(1-x)Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3-x(Bi0.1La0.9)FeO3无铅压电陶瓷的微结构与电学性能的研究

采用传统固相法制备了新型(1-x)Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5 TiO3-x(Bi0.1 La0.9)FeO3无铅压电陶瓷,利用XRD、SEM等测试技术表征了该陶瓷的晶体结构、表面形貌、压电和介电性能.研究结果表明,在所研究的组成范围内陶瓷材料均能形成纯的钙钛矿固溶体.压电性能随x的增加先增加后减少,在x=0.005时压电常数及机电耦合系数达到最大值(d33=149pC/N,kp=0.270).     

PVDF压电薄膜结构监测传感器应用研究

压电材料是目前在智能材料系统研究中应用最为广泛的传感材料之一。由于PVDF压电薄膜具有制作成本低、机械性能好、灵敏度高等优点而受到了广泛关注。以PVDF压电薄膜作为结构监测的传感元件，对PVDF的应变传感原理进行了研究，并建立了基于信号采集与处理的PVDF应变监测系统，最后对PVDF监测构件裂纹进行了实验。实现了压电薄膜的应变与裂纹监测，为实际工程应用奠定了基础。     

环状压电超声电机的多频率驱动分析与实验

针对压电超声电机的多频率驱动问题进行研究,设计并制作了利用定子内圆周面驱动的环状压电超声电机,明确了利用行波驱动电机转子的机理。通过有限元计算给出了电机定子所用弯曲模态的振型与位移云图。以计算结果为基础,分析了电机所用的压电陶瓷片的极化分区与定子弯曲模态激发之间的关系,得出了所用的压电陶瓷片能够实现电机多频率转动的结论。完成了所研制的超声电机的多频率驱动实验。实验结果表明,电机能够实现在多频率点的转动。依据本文分析思路,可以对其他结构形式的超声电机的多频率驱动问题进行研究。     

(1-x)Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3-xNaSbO3无铅压电陶瓷微结构与电学性能研究

采用传统压电陶瓷工艺制备了(1-x)Bi0.5(Na0.3K0.2)0.5 TiO3-xNaSbO3无铅压电陶瓷,利用XRD、SEM等测试技术表征了陶瓷的晶相结构和表面形貌,利用一些电学仪器测试了其介电和压电性能.结果表明,该体系陶瓷具有单相钙钛矿结构,适量的NaSbO3掺杂可以提高该陶瓷的致密性.在室温下,当掺杂量为0.5%时,该体系表现出较好的压电性能:压电常数d33和机电耦合系数kp分别达到107pC/N和0.209;当掺杂量为0.7%时,εr和tanδ分别为1551和0.05.     

La3+掺杂Bi0.5(Na1-x-yKxLiy)0.5TiO3陶瓷的微结构与电学性能

利用传统的电子陶瓷工艺制备了La3+掺杂Bi0.5(Na1-x-yKxLiy)0.5TiO3无铅压电陶瓷,研究了La3+掺杂对该体系陶瓷的介电压电性能与微观结构的影响.结果表明,少量的La3+掺杂可以改善该陶瓷的微结构;当掺杂量为0.1%时,该陶瓷体系的压电性能有较大的改善,室温下该体系配方的压电常数d33可达215 pC/N,径向机电耦合系数kp达到37.4%,但同时介电损耗增大,机械品质因子降低.当掺杂量达到1.5%以后,陶瓷的压电性能严重下降.     

低频压电马达驱动理论的基础研究及分析

本文阐述的是一种新型的在30Hz～150Hz的振动频率进行驱动下的低频压电马达,它与现已成功开发并获得应用的超声波马达一样,都是利用振动驱动转子工作的。仅改变使用的振动频率,使该马达可以在常用电源50Hz下进行工作,不用另配专用电源,使整个系统的构成更加简单。目前国内尚未发现相同报道,这种新型驱动的压电马达理论的提出对压电马达的研究具有重要的意义。     

正交各向异性弹性层/压电半空间结构中Love波的传播特性

研究了层状半空间介质中Love波的传播特性,其中表面层为正交各向异性纯弹性材料,而半空间为横观各向同性压电材料.推导了显函形式的频散方程,并结合数值算例分析了压电材料的性能和正交各向异性的程度对传播速度的影响.     

无铅Bi0.5(Na0.90-xKxLi0.10)0.5TiO3-NaNbO3压电陶瓷的微结构与电学性能

采用传统陶瓷工艺制备了Bi0.5(Na0.90-xKxLi0.10)0.5TiO3-NaNbO3无铅压电陶瓷,利用XRD、SEM等测试技术分析表征了陶瓷的结构、表面形貌、介电、压电与铁电性能.研究结果表明,该体系陶瓷具有单相钙钛矿结构,NaNbO3的引入使Bi0.5(Na0.90-xKxLi0.10)0.5TiO3体系的相界发生了移动;随着钾含量的增加,NaNbO3对体系性能的影响越明显.在室温下,该体系表现出较好的压电与铁电性能:压电常数d33和机电耦合系数kp分别达到174pC/N和29.6%,陶瓷样品表现出明显的铁电体特征,剩余极化强度达到33.4μC/cm2.