Non-linear material modelling and control of piezoelectric actuators and sensors

压电致动器和传感器的非线性材料建模和控制

基本信息

  • 批准号:
    571591-2021
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 3.64万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    加拿大
  • 项目类别:
    Alliance Grants
  • 财政年份:
    2022
  • 资助国家:
    加拿大
  • 起止时间:
    2022-01-01 至 2023-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

Piezoelectric materials (PEM) have a coupled electro-mechanical behaviour, by which a mechanical stress produces an electric polarisation, and an electric field produces a mechanical strain. For this reason, PEM have had immense success in the design of precision actuators (devices that perform movement) and sensors (devices that detect movement). However, PEM exhibit a coupling between mechanical creep (time-dependent deformation at a constant load) and electrical hysteresis (history-dependence of the polarisation on the electric field). These non-linear effects are not properly captured by the standard models, and in the case of actuators, they cause uncertainty in position over long time intervals, whereas in the case of sensors, they severely limit the range in which the sensor behaves linearly.We discovered a flaw in the widely adopted practice of obtaining non-linear constitutive laws by adding terms to the linear ones. In this project, we propose a more radical approach. Rather than extending the classical linear equations by adding extra terms, we directly study the non-linear regime and linearise where necessary. Taking inspiration from the early models of elastoplasticity, we obtained a preliminary proof-of-concept model of an idealised rigid ferroelectric material, which was able to correctly represent the hysteretic (polarisation / electric field) behaviour. The goal of this project is to establish the fully non-linear model, with coupled elastoplasticity and ferroelectricity, and to deliver a non-linear model-based control algorithm for ultraprecise devices built around PEM.The potential outcome is the application of this model and control algorithm in advanced materials and manufacturing (AMM) applications, where actuators and sensors are critical to precise and controlled movement. AMM drives key sectors such as nanotechnology, clean technology, biomedical materials, and digital industries. These are all areas deemed as having high growth potential in Alberta and Canada.
压电材料(PEM)具有机电耦合行为,机械应力产生电极化,电场产生机械应变。因此,PEM在精密致动器(执行运动的设备)和传感器(检测运动的设备)的设计方面取得了巨大的成功。然而,PEM表现出机械蠕变(在恒定载荷下的时间依赖性变形)和电滞后(极化对电场的历史依赖性)之间的耦合。这些非线性效应没有被标准模型正确地捕捉到,并且在致动器的情况下,它们在长时间间隔内引起位置的不确定性,而在传感器的情况下,它们严重限制了传感器线性行为的范围。在这个项目中,我们提出了一个更激进的方法。而不是通过添加额外的条款来扩展经典的线性方程组,我们直接研究非线性政权和线性化在必要的地方。从早期的弹塑性模型中获得灵感,我们获得了理想化的刚性铁电材料的初步概念验证模型,该模型能够正确地表示滞后(极化/电场)行为。该项目的目标是建立一个完全非线性模型,耦合弹塑性和铁电性,并提供一个基于非线性模型的控制算法的超精密设备周围PEM构建。潜在的结果是该模型和控制算法在先进材料和制造(AMM)应用中的应用,其中致动器和传感器是关键的精确和受控的运动。AMM推动纳米技术、清洁技术、生物医学材料和数字产业等关键领域的发展。这些都是在阿尔伯塔和加拿大被认为具有高增长潜力的地区。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ journalArticles.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ monograph.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ sciAawards.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ conferencePapers.updateTime }}

{{ item.title }}
  • 作者:
    {{ item.author }}

数据更新时间:{{ patent.updateTime }}

Federico, SalvatoreS其他文献

Federico, SalvatoreS的其他文献

{{ item.title }}
{{ item.translation_title }}
  • DOI:
    {{ item.doi }}
  • 发表时间:
    {{ item.publish_year }}
  • 期刊:
  • 影响因子:
    {{ item.factor }}
  • 作者:
    {{ item.authors }}
  • 通讯作者:
    {{ item.author }}

相似国自然基金

Development of a Linear Stochastic Model for Wind Field Reconstruction from Limited Measurement Data
  • 批准号:
  • 批准年份:
    2020
  • 资助金额:
    40 万元
  • 项目类别:
基于个体分析的投影式非线性非负张量分解在高维非结构化数据模式分析中的研究
  • 批准号:
    61502059
  • 批准年份:
    2015
  • 资助金额:
    19.0 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
全纯Mobius变换及其在相对论和信号分析中的应用
  • 批准号:
    11071230
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    28.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
枢纽港选址及相关问题的算法设计
  • 批准号:
    71001062
  • 批准年份:
    2010
  • 资助金额:
    17.6 万元
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
统计过程控制图的设计理论及其应用
  • 批准号:
    10771107
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    22.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目
MIMO电磁探测技术与成像方法研究
  • 批准号:
    40774055
  • 批准年份:
    2007
  • 资助金额:
    35.0 万元
  • 项目类别:
    面上项目

相似海外基金

Non-linear material modelling and control of piezoelectric actuators and sensors
压电致动器和传感器的非线性材料建模和控制
  • 批准号:
    571591-2021
  • 财政年份:
    2021
  • 资助金额:
    $ 3.64万
  • 项目类别:
    Alliance Grants
Non-linear 2D-material integrated photonics
非线性二维材料集成光子学
  • 批准号:
    2503837
  • 财政年份:
    2020
  • 资助金额:
    $ 3.64万
  • 项目类别:
    Studentship
Computational homogenization of non-linear and inelastic material laws in the tensor train format (TT-Hom)
张量序列格式中非线性和非弹性材料定律的计算均质化 (TT-Hom)
  • 批准号:
    418247895
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 3.64万
  • 项目类别:
    Research Grants
Hydrogenated Amorphous Silicon: A Non-Linear Optical Material
氢化非晶硅:一种非线性光学材料
  • 批准号:
    498606-2016
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 3.64万
  • 项目类别:
    University Undergraduate Student Research Awards
Hydrogenated Amorphous Silicon: A Non-Linear Optical Material
氢化非晶硅:一种非线性光学材料
  • 批准号:
    483117-2015
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 3.64万
  • 项目类别:
    University Undergraduate Student Research Awards
Thermo-rheological material modeling of polymers using non-linear material laws (B01)
使用非线性材料定律对聚合物进行热流变材料建模 (B01)
  • 批准号:
    26456247
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    $ 3.64万
  • 项目类别:
    CRC/Transregios
Establishment of method of making non-linear optical material for fusion
熔融用非线性光学材料制造方法的建立
  • 批准号:
    18760570
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    $ 3.64万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
Study on disordered structure and ionic diffusion in amorphous solids with non linear ultrasonic resonance
非线性超声共振研究非晶固体中的无序结构和离子扩散
  • 批准号:
    18540321
  • 财政年份:
    2006
  • 资助金额:
    $ 3.64万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Development of a finite 3D element for three-dimensional analysis of displacements and stresses in thick-walled textile composites with non-linear material behaviour
开发有限 3D 元素,用于对具有非线性材料行为的厚壁纺织复合材料中的位移和应力进行三维分析
  • 批准号:
    5330846
  • 财政年份:
    2001
  • 资助金额:
    $ 3.64万
  • 项目类别:
    Priority Programmes
Performance Analysis of Flow Lines with Non-Linear Flow of Material
具有非线性物料流动的流路性能分析
  • 批准号:
    5181844
  • 财政年份:
    1999
  • 资助金额:
    $ 3.64万
  • 项目类别:
    Publication Grants
{{ showInfoDetail.title }}

作者:{{ showInfoDetail.author }}

知道了