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功能材料 2007年第A2期38卷 529-532页

作者：金欣王闻宇肖长发天津工业大学材料科学与化学工程学院天津市改性与功能纤维重点实验室天津300160 天津爱勒易医药材料科技有限公司天津300384

导电纤维作为一种功能纤维，具有电阻“正效拉力系数”效应，利用这一特性可将其制成应力传感器，以实现对道路或桥梁等结构的在线监测，具有很好的应用前景。以锑掺杂二氧化锡（ATO）为导电成分，聚己内酰胺（PA6）纤维为基体纤维，制... 详细信息

导电纤维作为一种功能纤维，具有电阻“正效拉力系数”效应，利用这一特性可将其制成应力传感器，以实现对道路或桥梁等结构的在线监测，具有很好的应用前景。以锑掺杂二氧化锡（ATO）为导电成分，聚己内酰胺（PA6）纤维为基体纤维，制备了ATO/PA6涂覆型导电纤维，讨论了ATO/PA6导电纤维体积比电阻随拉伸应力的变化，并建立了数学模型，为进一步研究其力电行为奠定了基础。

关键词：锑掺杂二氧化锡聚己内酰胺纤维导电纤维力电行为

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介电弹性体的力电行为与动态性能研究

介电弹性体的力电行为与动态性能研究

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作者：邓磊湖南大学

学位级别：硕士

在工程设计和制造中,诸如金属和陶瓷的“硬材料”被广泛地应用。然而,自然界的动物和植物的“机械”却是由“软材料”所构成。作为一种典型的“软材料”,介电弹性体有很多“硬材料”所不具备的优点,如大变形能力、快速的响应速度、价格... 详细信息

在工程设计和制造中,诸如金属和陶瓷的“硬材料”被广泛地应用。然而,自然界的动物和植物的“机械”却是由“软材料”所构成。作为一种典型的“软材料”,介电弹性体有很多“硬材料”所不具备的优点,如大变形能力、快速的响应速度、价格低廉、质量轻、高能量密度。因而,介电弹性体在人工肌肉、能量回收器、柔性机器人、自适应光学仪器等方面有很大的应用前景。在介电弹性体的研究中,仍然存在着一些问题亟待解决。首先,大多数的研究仅仅是对弹性体进行了静态的数值分析,而常常忽视了与时间有关的耗散行为的影响,如粘弹性变形。其次,很多分析中的电压加载方式也不明确,很少针对介电弹性体在具体的电压加载下的变形情况进行分析。再次,温度作为影响介电弹性体静态和动态性能的重要因素,常常被许多学者所忽略。最后,预拉伸虽然在静态分析中被证明了可以提高及介电弹性体的大变形能力,但是在考虑粘弹性的动态分析中则有待进一步的研究。针对这些问题,本文进行了介电弹性体的力电行为和动态性能的研究。研究了几种主要的失效模式:张力损失、拉断、力电失稳和电击穿,以及由这些失效模式所决定的许用状态域。同时,温度作为一个变量,分别研究了它对各种失效形式和许用状态域的影响。考虑了一种主要的耗散现象—粘弹性松弛,分别研究了温度和预拉伸对耗散型介电弹性体的动态性能的影响。这些研究结果对高性能介电弹性体驱动器的设计和制造,以及介电弹性体大变形的实现有很强的指导意义。首先,介绍介电弹性体的基本理论知识。介绍介电弹性体作为驱动器和能量回收装置的基本工作原理。归纳常见的自由能表达式以及相对介电常数表达式。分别在平衡热动力学和非平衡热动力学的框架内,归纳状态方程的推导方法。总结介电弹性体的耗散过程,并着重介绍粘弹性松弛和流变模型。然后,研究温度对力电行为的影响。求出四种失效模式(张力损失、拉断、力电失稳和电击穿)的特定方程,得到许用状态域。并分别分析温度变化对于失效模式和许用状态域的影响。此外,研究由力电失稳导致的电击穿失效现象,并分析温度对此现象的影响。另外,研究温度对耗散型介电弹性体的动态性能的影响。研究粘弹性松弛现象和温度对其的影响。分别在恒值电压和线性电压的两种电压驱动下,研究温度对耗散型介电弹性体的动态性能的影响。最后,研究预拉伸对耗散型介电弹性体动态性能的影响。分别在恒值电压和线性电压两种驱动模式下,分析不同预拉伸和电压所导致的变形结果以及最大拉伸应变。同时,在这两种驱动模式下,得出预拉伸和电压的最好搭配方式以获得较大的驱动变形。

关键词：介电弹性体力电行为粘弹性松弛温度预拉伸大变形

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涂层高温超导复合带材在拉伸-扭转复合变形下的力电行为研究

涂层高温超导复合带材在拉伸-扭转复合变形下的力电行为研究

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作者：毛佳丽兰州大学

学位级别：硕士

REBCO涂层高温超导复合带材在液氮环境中可以实现超导态,并且具有优异的高临界磁场、高临界电流等优点,在新能源开发与利用、现代交通、电力运输等技术前沿领域中具有广泛的应用前景,使得高温超导技术研究成为近年来科研领域的一大热点... 详细信息

REBCO涂层高温超导复合带材在液氮环境中可以实现超导态,并且具有优异的高临界磁场、高临界电流等优点,在新能源开发与利用、现代交通、电力运输等技术前沿领域中具有广泛的应用前景,使得高温超导技术研究成为近年来科研领域的一大热点方向。然而,由于REBCO超导带材特殊的多层复合结构以及极低温的工作条件等复杂工况,复合超导体在外部载荷作用下往往表现出复杂的应力、应变特征。分析带材在复杂载荷环境中的力学行为,尤其是超导涂层应力应变分布特征,有益于揭示带材的力电行为。本文围绕REBCO涂层高温超导复合带材在单轴拉伸、纯扭转及拉-扭复合变形下的力学行为及其对超导载流性能影响问题,开展了系统的实验测试与数值模拟研究。实验方面,本文设计了可实现低温拉-扭复合变形装置,能够满足液氮环境中带材单轴拉伸、纯扭转及拉-扭复合变形下的力电性能测试。该装置使用液氮浸泡方式实现低温环境,温度稳定;通过低温电阻应变片测试带材的变形,实现带材变形的高精度测量;结合低温/变温环境下超导力学实验测试系统,可实现力电信号的同步采集。本文首先开展了拉伸加载-卸载下超导临界电流测试,测量结果表明:随着拉伸应变的增大,临界电流(I)的退化行为可分为两个明显阶段,即可逆阶段和不可逆阶段;当拉伸应变达到0.7%时,临界电流未发生退化行为,卸载后的电流仍可恢复到初始临界电流(I)的99%;当拉伸应变超过0.7%时,临界电流急剧下降,且卸载后的电流仅部分恢复到初始临界电流值。其次,在扭转变形和拉-扭复合变形的加载-卸载实验中,临界电流随应变变化行为表现相似,如小应变时,临界电流基本无退化,卸载后,临界电流基本能够恢复到原值;较大应变时临界电流急剧退化,卸载后,临界电流不能恢复到原值。数值模拟方面,基于弹性理论和COMSOL有限元软件构建了REBCO涂层高温超导复合带材多层壳的有限元模型,并与3D有限元模型在扭转变形下的应力、应变分布模拟结果进行了比较,验证了2D多层壳有限元模型的适用性,且多层壳模型具有较高效率和精度。随后,建立了包含所有完整材料的REBCO超导带材的2D多层壳有限元模型,数值模拟了拉伸、扭转及拉-扭复合变形下各材料层的应力应变分布特征。进一步,基于脆性纤维-金属基复合材料损伤理论和Weibull分布函数,分析了带材在外部载荷下临界电流退化演变过程。计算结果表明:扭转作用下REBCO超导带材宽度方向中心区域受压、两侧边缘受拉;带材在预扭转下拉伸时,临界电流的退化曲线相较于纯拉伸变形下的临界电流退化曲线更加趋于平缓。此外,小扭转变形下的拉扭组合变形与纯拉伸变形的临界电流退化行为类似,区别在于临界电流发生急剧退化之前有一个渐进变化过程。数值模拟结果与实验测试结果一致,吻合良好。本文的相关实验与数值仿真研究,可为高温超导复合材料实际应用中的复杂载荷和变形下的力电行为预测提供有效的方法与途径,具有一定的工程指导意义。

关键词：高温超导 REBCO涂层超导带材拉-扭复合变形临界电流退化力电行为实验表征有限元建模与仿真

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置于粘弹性地基上压电板弯曲的力电行为

置于粘弹性地基上压电板弯曲的力电行为

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2010全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：缪幸圆李国清尹潇然徐巍湖北省武汉市洪山区珞瑜路1037号华中科技大学力学系工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室

采用状态空间法和傅里叶级数,本文给出了置于粘弹性地基上压电板弯曲问题的解析解,重点考虑了部分电极表面上作用分布的或集中的机电荷载的情况,研究了压电板弯曲时力电行为与各种结构和材料参数之间的关系。研究发现:在机械作用占主导... 详细信息

采用状态空间法和傅里叶级数,本文给出了置于粘弹性地基上压电板弯曲问题的解析解,重点考虑了部分电极表面上作用分布的或集中的机电荷载的情况,研究了压电板弯曲时力电行为与各种结构和材料参数之间的关系。研究发现:在机械作用占主导的载荷条件下,粘弹性地基上压电板的力电行为类似于弹性板弯曲蠕变行为;而在电压作用占主导的载荷条件下,压电板的力电行为可归类为电松弛而且电致变形并非简单弯曲变形形式。研究还发现载荷在部分电极的分布情况对压电板的行为有重要影响:一方面,随部分电极板面积的增大压电板的挠度也非线性增大;另一方面,在电极覆盖面的附近存在应力集中和电场集中的现象,尤其在点电荷或集中力作用下电极与压电板交界面处的应力与电场集中十分严重,而高粘性的弹性地基有助于减缓这些局部效应。最后,文中还研究了板的力电行为与板的长高比关系,结果表明:随着板的长高比增加,板中力电场随时间的变化越显著;对于板长高比大于6以上的压电薄板,无论载荷情况板中力电场沿厚度的变化基本都呈线性变化,而对于压电厚板,力电场沿厚度的变化呈现非线性变化,尤其因粘弹性地基的作用增强了这种非线性,即在考虑粘弹性地基上压电板动力响应时简单的层间弯曲变形(layer-wise)或低阶剪切板假设已经不能成立。

关键词：压电粘弹性力电行为薄板弯曲蠕变 PVDF

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锑掺杂二氧化锡涂覆型导电纤维力电行为研究

锑掺杂二氧化锡涂覆型导电纤维力电行为研究

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第六届中国功能材料及其应用学术会议

作者：金欣王闻宇肖长发天津工业大学材料科学与化学工程学院天津市改性与功能纤维重点实验室天津爱勒易医药材料科技有限公司

导电纤维作为一种功能纤维,具有电阻“正效拉力系数”效应,利用这一特性可将其制成应力传感器,以实现对道路或桥梁等结构的在线监测,具有很好的应用前景．以锑掺杂二氧化锡(ATO)为导电成分, 聚己内酰胺(PA6)纤维为基体纤维,制备了 ATO/P... 详细信息

导电纤维作为一种功能纤维,具有电阻“正效拉力系数”效应,利用这一特性可将其制成应力传感器,以实现对道路或桥梁等结构的在线监测,具有很好的应用前景．以锑掺杂二氧化锡(ATO)为导电成分, 聚己内酰胺(PA6)纤维为基体纤维,制备了 ATO/PA6 涂覆型导电纤维,讨论了 ATO/PA6导电纤维体积比电阻随拉伸应力的变化,并建立了数学模型,为进一步研究其力电行为奠定了基础．

关键词：锑掺杂二氧化锡聚己内酰胺纤维导电纤维力电行为

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