THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDY ON THE PIEZOCERAMIC ACTUATING LAMINATE

压电陶瓷元件是目前在智能材料结构中广泛使用的一种驱动元件。建立驱动应力与控制信号之间的关系即传递驱动方程，对于分析压电陶瓷元件的驱动特性非常必要。本文以剪滞变形理论为基础，分析了压电陶瓷元件在驱动结构时的应力传递过程，建立了传递驱动模型；并以ＰＺＴ５型压电陶瓷元件驱动玻纤／环氧层合板为例对所建模型进行了实验验证。结果表明，建立的驱动模型与实际情况比较吻合。最后，根据实验结果和所建模型对影响压电陶瓷元件驱动层合板性能的一些主要参数作了分析。     

微型飞行器新型极化电磁驱动舵机的研究

介绍一种新型的可以应用于微型飞行器的极化电磁驱动舵机机构。该舵机机构使用混合励磁方式的电磁驱动器，具有体积小、结构简单可靠、响应快和效率高等特点。本文阐述了该系统的设计思想，建立了电磁驱动器的电磁模型，详细分析了电磁舵机的吸力和反力特性的关系，导出它的控制特性，试验分析表明：这种新型的极化电磁驱动舵机机构具有良好的线性特性和动态控制特性。     

微波烧结ZrO2(n)增韧Al2O3复合陶瓷组织与性能研究

文章采用微波烧结制备ZrO2/Al2O3复合陶瓷,探讨了纳米ZrO2对Al2O3陶瓷的烧结、力学性能和显微结构的影响.结果表明:纳米ZrO2的加入会对Al2O3陶瓷的显微结构产生影响,ZrO2颗粒以"晶内型"和晶界型两种形式存在,ZrO2的相组成与其含量有关.合理的实验配方及制备工艺有利于ZrO2以四方亚稳相存在.ZrO2含量为15vol%时,ZrO2全部由四方相组成,有利于应力诱导相变增韧,该ZrO2/Al2O3复合陶瓷的硬度、断裂韧性和抗弯强度分别为13350MPa、6.41MPa·m1/2和502MPa.ZrO2/Al2O3复合陶瓷増韧机制为应力诱导相变增韧、内晶型结构增韧和微裂纹増韧.     

电子设备封装残余应力分析及测量技术

采用有限元方法对陶瓷-金属钎焊封装管壳的残余应力进行仿真计算,并采用拉曼光谱方法和X射线方法对其残余应力进行测量,计算和试验吻合较好。通过仿真分析和测量手段,形成了一套较为完备的电子设备封装残余应力分析及测量技术,对管壳封装结构的可靠性评估和优化设计具有重要的指导意义。     

镍钛形状记忆合金丝的性能测试分析

从形状记忆合金（ Ｓ Ｍ Ａ）的性能测试和智能材料与结构研究的角度出发，论述了 Ｓ Ｍ Ａ 驱动元件的应力、应变、温度和相变之间的测试关系，并通过分阶段和不同的变量组合，对直径０．５ｍ ｍ 的 Ｎｉ Ｔｉ Ｓ Ｍ Ａ 丝（ Ｎｉ４９．２％ ａｔ Ｔｉ）的基本驱动特性进行了系统的测试分析，测试内容主要集中于相变温度、自由状态下的最大回复应变、约束状态下的回复应力等。结果表明， Ｎｉ Ｔｉ Ｓ Ｍ Ａ 丝的应力应变温度关系呈现出高度的非线性，环境温度和外加应力是影响 Ｎｉ Ｔｉ丝性能的主要因素，外载荷将使相变温度升高；约束回复中，随着约束应变量的增大和温度的升高， Ｎｉ Ｔｉ丝的回复应力也增大。该测试结果为更好地监测和控制 Ｎｉ Ｔｉ Ｓ Ｍ Ａ 的驱动行为、设计 Ｓ Ｍ Ａ 驱动元件提供了参考依据。     

蛇腹鳞的结构特点及其摩擦行为

仿蛇机器人可望用于搜救等领域,但已研制的蛇型机器人均存在驱动效率低和越障能力不足等问题.文中用多功能摩擦实验机研究了驱动蛇运动的腹部及腹侧部鳞片的摩擦特性及摩擦行为,并结合体视显微镜等方法研究其表面几何结构特征.结果表明,腹鳞和侧鳞使蛇向后运动时表现的摩擦因数比向前运动要高60%,具有各向异性特性,这种不对称性与鳞片的结构特点和神经信号对腹鳞状态的调节存在直接的关系.生物蛇的腹鳞所表现的高驱动摩擦性能和低摩擦阻力为蛇型机器人仿生"皮肤"的设计提供几何仿生依据.     

非烧蚀型防热材料烧蚀性能初步试验研究

介绍了在CARDC等离子体风洞中开展的非烧蚀型防热材料超高温陶瓷(UHTC)的试验研究结果.对Φ20mm平头圆柱体试验模型,采用亚声速驻点试验技术,在驻点热流478W/cm2,气流焓值27.9MJ/kg,环境压力18kPa条件下,分别对代号C(15、10)型、Y型、S(30、15、10)型3种材料模型进行了试验研究,并对模型试验前后的长度变化、质量变化以及模型表面温度进行了测量,初步分析了模型的表观变化、抗氧化特性和表面辐射特性.结果表明:Y型模型试验前后表观变化不大,表面温度达到1930℃;S型模型表面生成一层薄氧化层,稳定情形下模型表面温度达到1964℃;C型模型表面烧蚀严重,模型表面温度达到2462℃,防热性能最差.     

犖型防护结构的试验与仿真研究

在不增加空间碎片防护结构整体尺寸和质量的情况下,基于防护结构在斜撞击条件下弹道极限高于正撞击条件下弹道极限的特性,研究了一种将3层平行铝板结构的中间层进行倾斜的N 型防护结构,采用超高速碰撞试验和三维SP H 数值仿真方法,定量对比了N型防护结构与相同面密度3层平行铝板结构的防护性能。研究结果初步证实,在正撞击情况下,倾斜的中间层具有提升结构防护性能的作用。     

复合材料层间应力和湿热效应的有限元分析

本文用三维体元对复合材料层合板的层间剪切应力和拉(压)应力进行分析,同时计算了非对称层合板的应力分布和变形。文中分析了湿热应变引起的翘曲变形,并考虑了结构材料弹性系数是温度和水分比浓度的函数。     

压电智能结构的实验研究

在复合材料表层铺设压电元件，利用压电元件能够实现力学量和电学量之间相互转化的独特性能，可将其用作传感器和驱动器，赋予材料和结构传感及动作的能力。本研究的压电材料采用锆钛酸铅压电陶瓷，基体材料采用玻璃纤维－环氧树脂复合材料，与外部信号采集和控制系统结合，构成了智能结构实验系统。本文对这一系统的损伤诊断和损伤主动控制功能进行了实验研究。该结构一方面可对冲击、过载等可能造成损伤的原因进行监测，并诊断裂缝、连接松动等损伤的产生和位置，另一方面还可自适应地驱动结构中的压电驱动器，改善结构应力状态，防止损伤的扩展。     

网络陶瓷增强铝基复合材料的摩擦磨损特性

提出了三维陶瓷网络（骨架）增强金属基复合材料的新构思，设计和制备了一种新型的三维陶瓷网络（骨架）增强铝合金复合材料，研究了其在干摩擦状态下的滑动摩擦磨损行为。结果表明，基体铝合金在重载时产生严重粘着磨损，磨损层发生软化和塑性流动，而复合材料中的陶瓷颗粒暴露于磨损表面并起承载作用，从而保护基体不发生严重磨损，复合材料对磨环的磨损量大于基体合金对磨环的磨损量，但复合材料摩擦副的总摩损量比基体合金摩擦副的小。     

浅表裂痕对压电陶瓷振子工作性能的影响

压电陶瓷振子是应用相当广泛的电子无件，本文分析了逆电效应下携有表面浅裂痕扭转振子，得到了裂痕前缘的奇异电位移场和应力场的解析结果。并着重讨论了裂痕前缘电荷奇异增强对压电元件工作性能的影响。指出了提高压电元件表面加工精度的重要意义。     

铁弹性稀土钽酸盐RETaO4陶瓷的热物理性质研究进展

工作温度是决定航空发动机、燃气轮机和高超声速飞行器发动机等大国重器的燃油利用效率和能量转换效率的关键因素。热障涂层（Thermal Barrier Coatings,TBCs）材料主要应用于高温合金零部件表面隔热降温,以提高合金零部件的工作温度。当前使用的热障涂层材料氧化钇稳定氧化锆（Yttria Stabilized Zirconia,YSZ）存在热导率高、热膨胀系数失配和工作温度低等问题,无法满足应用需求,亟需开发新一代低热导、高工作温度和长寿命的热障涂层材料。稀土锆酸盐、稀土磷酸盐、稀土硅酸盐、稀土铝酸盐和稀土铈酸盐等陶瓷材料存在断裂韧性不足、热膨胀系数低和高温相稳定性差等问题,无法取代YSZ成为新一代超高温热障涂层材料。铁弹性稀土钽酸盐RETaO₄（RE代表稀土元素）陶瓷具有独特的铁弹性相变增韧、低热导率、高热膨胀系数和低杨氏模量等特点,被作为下一代超高温热障涂层材料进行了广泛研究。本文总结了此类稀土钽酸盐陶瓷在热学、力学和结构等方面的研究进展,主要包括晶体结构、微观组织以及力学（硬度、模量和声速）和热学（热导率、热膨胀系数和高温相稳定性）性质等,探讨其作为下一代超高温热障涂层材料的可能性,为未来研究提供参考。     

用低纯原料制备电冰箱起动器PTCR的重要途经——热敏钛酸钡陶瓷第二相结晶

根据Al_2O_3-SiO_2系统相图,调整Al_2O_3,SiO_2添加剂比例,可在热敏钛酸钡陶瓷显微结构中形成莫来石结晶相,莫来石的形成改善了用国产低纯原料制备电冰箱起动器PTCR的性能。本文就莫来石第二相与PTCR性能关系进行了讨论。     

热处理对铸铁基多孔陶瓷复合材料组织与性能的影响

研究了热处理对铸铁基多孔陶瓷复合材料组织与性能的影响。结果表明，热处理正火、淬火均可不同程度地提高该特种复合的整体强度与耐磨性，而不影响铸铁一陶瓷的界面结构及材料的透气性。     

ZrO2-Al2O3两相陶瓷复合材料力学性能与增韧机制的研究

研究了ZrO2-Al2O3二元复相陶瓷材料的力学性能、烧结行为和增韧机制。研究结果表明ZrO2-Al2O3复相陶瓷可以在体积分数为lO％～30％的纳米ZrO2含量范围内都保持较高的抗弯强度和断裂韧性；ZrO2颗粒的存在能够有效抑制晶界运动从而达到促进材料致密化、改善显微结构的目的。在ZrO2-Al2O3复相陶瓷中相变增韧和裂纹偏转是主要的增韧机制。此外，ZrO2纳米颗粒使位错钉扎或堆积，起到了分散阻碍裂纹的作用，达到强韧化效果。     

功能梯度压电夹层板条中的反平面裂纹问题

本文研究了夹在两个均匀压电材料半空间中功能梯度压电板条内的反平面裂纹问题。假设功能梯度压电夹层板条的材料参数沿厚度方向连续变化，并考虑裂纹面上电绝缘型和电渗透型两种边界条件。利用Fourier变换，首先将混合边值问题转化为对偶积分方程，即而归结为求解第二类Fredholm积分方程。通过数值计算，求得了功能梯度压电夹层板条内反平面裂纹的应力强度因子、电位移强度因子和能量释放率，分析了材料物性参数梯度、几何尺寸和载荷条件对它们的影响。     

Y－TZP陶瓷超塑性拉伸变形试验

通过实验找出Ｙ－ＴＺＰ陶瓷超塑性变形的最佳温度、初始应变速率及最大的变形量，并求出应变速率敏感性指数ｍ值。利用得到的最佳工艺参数制造出陶瓷环形件样件。     

压电陶瓷布局对除冰效果的影响研究

用仿真与实验的方式研究了压电陶瓷除冰技术在复合材料上的应用。通过有限元仿真研究了在能耗相等的前提下压电陶瓷布局（数目、间距）对除冰效果的影响,并进行了冷环境下除冰实验。仿真结果表明:按合理的布局方式,将尺寸较大的单块压电陶瓷分成尺寸较小的多块时,会有比大尺寸单块压电陶瓷更好的除冰效果;随着压电陶瓷间距的减小,除冰效果进一步增强。实验结果表明:增大压电陶瓷输入功率可以较大程度缩短除冰时间;将尺寸较大的单个压电陶瓷分成尺寸较小的4块后,相同能耗下除冰效果增强;减小压电陶瓷之间的的间距后,除冰时间进一步缩短。     

彩电消磁器PTCR耐电性能与显微结构

本文利用扫描电镜、透射电镜和俄歇能谱实验技术,对彩电消磁器半导化钛酸钡陶瓷显微结构进行了分析研究,证实该陶瓷显微结构中存在玻璃态第二相,玻璃相物质对PTC材料耐电性能有显著影响。工艺过程的改善可减少第二相含量,使耐电性能提高40％。本文还就PTC材料超薄片制备技术作了详细介绍。