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1、壓電裝置的機電轉(zhuǎn)換性能有限元分析
自從二十世紀世界范圍內(nèi)爆發(fā)能源危機,以及人類環(huán)保意識日益增強,傳統(tǒng)
的幾種發(fā)電方式已經(jīng)很難滿足人類對清潔能源的需求。世界范圍內(nèi),各個國家都
已經(jīng)著手對干凈、穩(wěn)定、成本低的發(fā)電裝置的科學研究。
考慮到微型發(fā)電裝置需要綠色、環(huán)保以及能夠可持續(xù)利用,科研人員把目光
投向壓電發(fā)電裝置。壓電發(fā)電裝置主要是利用其內(nèi)部壓電材料的壓電效應,壓電
材料在外界作用力的擠壓下可以產(chǎn)生電荷,當所產(chǎn)生的電荷量足夠大時候,它是
可用來直接為電路或電子元器件提供所需電能。
壓電發(fā)電裝置具有結構簡潔、生產(chǎn)制造方便和具有集成化等優(yōu)點。本文首先
介紹壓電材料的物理特性,壓電材料
2、在受到力載荷的時候,其材料應變會使壓電
材料對稱兩端面產(chǎn)生電荷,而且兩面產(chǎn)生的電荷是互為正負。
與之相反的是,壓電材料在外界電場作用下,其內(nèi)部電荷發(fā)生位移,這些電荷
的位移也會引起材料體積產(chǎn)生變形。接著介紹一些壓電晶體的基本方程,所謂壓
電方程就是描述壓電材料的力學量（應力Th和應變Sk）與電學量（電場強度Ei和電位移Di）之間的線性關系。
壓電發(fā)電裝置主要工作原理是通過利用壓電陶瓷的機電轉(zhuǎn)換特性將環(huán)境振
動機械能轉(zhuǎn)化為工作電路所需的工作電能。壓電陶瓷PZT-4在受壓過程中，首先是彈性變形（及應力與應變成線性關系）,同時在壓力撤銷后，壓電陶瓷PZT-4能夠自由返回至初始狀態(tài)。
但
3、當壓電陶瓷所受到的壓力大小超過一定強度時,壓電陶瓷會發(fā)生塑性變形
（及應力與應變成非線性關系）,同時在撤銷壓力情況下,壓電陶瓷仍然存在殘余
應變不能自由返回初始狀態(tài)。這對壓電發(fā)電裝置的工作會產(chǎn)生破壞性作用,所以
我們通過實驗手段找出找出壓電陶瓷彈性變形與塑性變形的拐點（及壓電陶瓷
PZT-4的屈服強度），這一強度值大小為30MPa
緊接著主要講述這樣運用有限元軟件ANSYS（擬壓電陶瓷和壓電發(fā)電裝置
的壓電性能特性。在此基礎上，本文針對壓電陶瓷PZT-4進行有限元建模，分別進行了靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧響應分析、瞬態(tài)分析以及壓電電路仿真分析。
把有限元輸出結果與理論公式計算結果進行比較,驗證了理論分析公式的正
確性。最后簡要概述了公路壓電發(fā)電裝置工作原理和其高效的能源利用率,同時
構建其力學模型。
分析了公路壓電發(fā)電裝置在具體環(huán)境中的載荷與約束條件,然后利用上文實
驗得出的壓電點陶瓷屈服強度來計算具體壓電陶瓷片許用尺寸。壓電陶瓷許用尺
寸為：直徑D=33mncp度H=0.7mm
壓電裝置的機電轉(zhuǎn)換性能有限元分析
