强冲击下PZT-5H压电陶瓷的动力响应及电输出特性研究

• 作者: 刘美 唐恩凌 李振波 李月 林晓初 王利 王睿智 相升海 许迎亮 韩雅菲 高国文
• 来源期刊: 兵工学报
• 学科: 工学
• 关键词: PZT-5H压电陶瓷 高速碰撞 冲击压力 电输出特性
• 年，卷（期）: 2018,（5）
• 页码范围: 983-990
• 页数: 8页
• 分类号: TJ430.3+5
• 字数: 5413字
• 语种: 中文
• DOI: 10.3969/j.issn.1000-1093.2018.05.019

摘要

为了揭示冲击压力对PZT-5H压电陶瓷电输出特性的影响,利用自行建立的聚偏氟乙烯冲击压力测试系统和压电陶瓷电输出性能测试系统,以一级轻气炮作为加载手段,开展了柱状铝合金弹丸分别以195 m/s、487 m/s、532 m/s和613 m/s的速度垂直撞击复合靶板(钢片-压电陶瓷-有机玻璃)的实验.利用有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA进行弹靶碰撞的有限元分析,分析了不同速度下PZT-5H的冲击压力时程.根据实验系统建立了弹靶接触时应力波传播的简化模型,并通过模型计算出复合结构中PZT-5H压电陶瓷承受的冲击压力峰值.运用实验得到的冲击压力时程、压电陶瓷输出电压时程和储能电容充电电压时程,分析了不同峰值压力脉冲作用下PZT-5H压电陶瓷电输出特性的变化规律.研究结果表明:冲击压力峰值的计算结果与仿真结果、实验测量结果趋势吻合;冲击压力峰值在200 ～ 700MPa范围内时,PZT-5H压电陶瓷输出电压峰值随着冲击应力峰值的增加而增大,且近似呈线性关系;在高速撞击PZT-5H压电陶瓷过程中动能与电能的能量转化效率较低,当储能电容量与PZT-5H压电陶瓷电容量比值为5.9∶1时,压电陶瓷的能量转化率为1.1％.