沖擊載荷下PZT壓電陶瓷本構(gòu)特性的實驗研究.pdf

1、由于PZT壓電陶瓷具有優(yōu)良的力電耦合性能，它在航空航天、高技術(shù)和醫(yī)藥衛(wèi)生等領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用,如可以作為激勵器或傳感器等。許多現(xiàn)代的應(yīng)用要求壓電陶瓷器件具有較大的變形并且能夠承受較大的載荷（甚至沖擊、爆炸等動載荷），在這種情況下，壓電材料往往會呈現(xiàn)出明顯的非線性行為，并產(chǎn)生殘余變形，從而引起壓電器件（如傳感器）特性的衰退和失效。因此壓電陶瓷本構(gòu)特性的研究對于現(xiàn)代壓電器件的設(shè)計和應(yīng)用極為重要，近年來它引起了人們的廣泛關(guān)注。目前，國內(nèi)外

2、對于該材料的本構(gòu)特性的研究僅限于準(zhǔn)靜態(tài)載荷，對動態(tài)本構(gòu)特性的研究還剛起步，本文對PZT壓電陶瓷的動態(tài)非線性力、電行為進(jìn)行了探討。 本文改進(jìn)了分離式Hopkinson壓桿（SHPB）的測試技術(shù)，建立了PZT材料沖擊壓縮性能測試的實驗方法，并探討了動態(tài)電位移的測量技術(shù)。實驗中利用Hopkinson壓桿和Instron液壓伺服材料試驗機(jī)對壓電陶瓷沿軸向極化方向加載，在應(yīng)變率為10-4-102s-1范圍內(nèi)，對軟、硬兩種PZT壓電陶瓷在沖

3、擊壓縮載荷下的力學(xué)響應(yīng)進(jìn)行了實驗研究，得到了PZT在應(yīng)變率為10-4-102s-1范圍內(nèi)的力學(xué)和壓電響應(yīng)曲線。實驗結(jié)果表明：實驗用PZT4和PZT5壓電陶瓷在加、卸載過程中力-變形和力-電位移特性呈現(xiàn)非線形特性，并且軟PZT5壓電陶瓷較硬PZT4壓電材料的殘余應(yīng)變大。 分析表明：壓電材料的非線性特性與材料內(nèi)部電疇的偏轉(zhuǎn)有關(guān)，電疇的運動與加載率相關(guān)，軟硬PZT的電疇臨界偏轉(zhuǎn)應(yīng)力、矯頑應(yīng)力和電位移都隨加載率的增加而增大，顯示出材料的“強(qiáng)化