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、高技術和醫(yī)藥衛(wèi)生等領域中得到了廣泛的應用,如可以作為激勵器或傳感器等。許多現(xiàn)代的應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)代壓電器件的設計和應用極為重要，近年來它引起了人們的廣泛關注。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、電行為進行了探討。 本文改進了分離式Hopkinson壓桿（SHPB）的測試技術，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。實驗中利用Hopkinson壓桿和Instron液壓伺服材料試驗機對壓電陶瓷沿軸向極化方向加載，在應變率為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響應進行了實驗研究，得到了PZT在應變率為10-4-102s-1范圍內(nèi)的力學和壓電響應曲線。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，電疇的運動與加載率相關，軟硬PZT的電疇臨界偏轉(zhuǎn)應力、矯頑應力和電位移都隨加載率的增加而增大，顯示出材料的“強化