Electromechanical response of porous piezoelectric structures and piezoelectric composite structures

多孔压电结构和压电复合结构的机电响应

基本信息

  • 批准号:
    386324-2010
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 1.75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Discovery Grants Program - Individual
  • 财政年份:
    2015
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2015-01-01 至 2016-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Smart materials, in particular piezoelectric materials and magnetoelectroelastic composites, by virtue of their electromechanical and magnetoelectric coupling, play a prominent role in modern electroceramic industry. Since the discovery of the piezoelectric effect by Pierre Currie and Jacques Curie in 1880, considerable research effort has been focused on understanding and developing structures with desirable piezoelectric characteristics for applications ranging from sensors, actuators and miniature accelerometers, to hydrophones and energy harvesting. Despite the significant progress made in enhancing the coupling characteristics between the electrical and mechanical properties of some piezoelectric structures by additive or substantive approach, significantly less research has been dedicated to understanding the electromechanical response of more advanced structures such as three-dimensional porous piezoelectric structures, grid-reinforced smart composite shells and general active and passive materials with arbitrarily oriented piezoelectric inclusions. To this end, the proposed research will focus on electromechanical response of porous piezoelectric structures, grid-reinforced piezoelectric shells, and heterogeneous materials with complex shaped piezoelectric inclusions. The proposed research builds on the applicant's previous research work and expertise on smart structures. In summary, the objectives of the proposed research program are the: (i) development of unit cell-based finite element and micromechanical models to systematically characterize porous piezoelectric structures; (ii) development of analytical and numerical micromechanical models to characterize grid-reinforced smart composite shells; (iii) development of finite element models to study heterogeneous materials with arbitrarily oriented complex shaped piezoelectric inclusions; (iv) design and optimization of porous piezoelectric structures, grid-reinforced smart composite structures, and heterogeneous materials with piezoelectric inclusions for specific applications such as structural health monitoring, actuators, hydrophones and energy harvesting by quantifying select figures of merit (e.g., acoustic impedance, piezoelectric coupling constants).
智能材料,特别是压电材料和磁电弹性复合材料,由于其机电耦合和磁电耦合,在现代电瓷工业中发挥着重要作用。自1880年Pierre Currie和Jacques Curie发现压电效应以来,大量的研究工作一直集中在理解和开发具有理想压电特性的结构,其应用范围从传感器,致动器和微型加速度计到水听器和能量收集。尽管在通过附加或实质性方法增强一些压电结构的电和机械性质之间的耦合特性方面取得了显著进展,但是致力于理解更先进结构(诸如三维多孔压电结构)的机电响应的研究明显较少,网格增强智能复合材料壳和一般的主动和被动材料与任意取向的压电夹杂物。为此,拟议的研究将集中在机电响应的多孔压电结构,网格加强压电壳体,和异质材料与复杂形状的压电夹杂物。拟议的研究建立在申请人以前的研究工作和智能结构的专业知识。 总之,拟议的研究计划的目标是:(i)发展基于单元格的有限元和微力学模型,系统地表征多孔压电结构;(ii)发展分析和数值微力学模型,表征网格增强智能复合材料壳;(iii)发展有限元素模型,以研究具有任意取向的复杂形状压电夹杂物的非均质材料;(iv)多孔压电结构、网格增强智能复合结构和具有压电夹杂物的异质材料的设计和优化,用于诸如结构健康监测、致动器、水听器和能量收集的特定应用,通过量化选择的品质因数(例如,声阻抗、压电耦合常数)。

项目成果

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  • 作者:
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  • 通讯作者:
    Hubert, Pascal

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  • 批准号:
    386324-2010
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  • 资助金额:
    $ 1.75万
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  • 批准号:
    386324-2010
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 1.75万
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    Discovery Grants Program - Individual
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    343206-2007
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    2008
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  • 项目类别:
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    343206-2007
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    $ 1.75万
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  • 资助金额:
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知道了