压电复合材料的应用与分析
pvdf的有机-无机复合物的压电增强光催化
PVDF的有机-无机复合物是一种新型的材料，在压电增强光催化领域具有很大的潜力。
下面将从压电材料和光催化材料的基本概念出发，结合有机-无机复合物的特点，探讨PVDF的有机-无机复合物在压电增强光催化方面的研究现状和发展前景。
一、压电材料和光催化材料的基本概念1. 压电材料的基本概念压电效应是指某些晶体受到外力作用时，内部正负电荷的相对位移，从而在其外表面产生电势差和电场强度的现象。
根据这一原理，可以利用压电材料实现机械能与电能的相互转换，具有很大的应用潜力。
2. 光催化材料的基本概念光催化是指一种在光照条件下，通过固体表面催化剂上吸附的光生活性物质，在光照条件下进行催化反应的一种新型催化技术。
光催化材料具有高效、无废气排放、可再生等优点，被广泛应用于环境净化和能源转换等领域。
二、PVDF的有机-无机复合物的特点1. PVDF的基本特性聚偏氟乙烯（PVDF）是一种重要的压电及压电光催化材料，具有优异的机械性能、热稳定性和化学稳定性，可制备成薄膜、纳米线等不同形态的材料。
2. 有机-无机复合物的特点有机-无机复合物是由有机物和无机物在分子或微观尺度上相互作用形成的一种复合材料，具有有机物和无机物的优点相结合，可在压电和光催化等领域发挥协同效应。
三、PVDF的有机-无机复合物在压电增强光催化方面的研究现状1. 利用PVDF的压电效应增强光催化活性PVDF的压电效应可实现机械能到电能的转化，将外界机械力作用于PVDF复合材料上，产生电场效应，进而影响光催化反应过程的速率和产率。
利用PVDF的压电效应可增强光催化活性。
2. 基于PVDF的压电-光催化复合材料的研究现状目前，研究者们已经成功制备了基于PVDF的压电-光催化复合材料，并进行了相关的性能测试和应用研究。
这些研究成果表明，PVDF的有机-无机复合物在压电增强光催化方面具有较好的应用前景。
四、PVDF的有机-无机复合物在压电增强光催化方面的发展前景1. 提高光催化活性PVDF的有机-无机复合物可以通过改变复合材料的结构和组分，提高光催化活性，实现对污染物更高效的光催化降解。
1-3型压电复合材料的制备与物性的研究
1-3型压电复合材料的制备与物性的研究压电复合材料是指由压电陶瓷材料和有机聚合物材料按照一定的连通方式组合在一起而构成的功能材料。
由于压电复合材料同时具备聚合物相和压电相的优点而被广泛的研究,其在医学超声探头和水声换能器中都有着重要的应用。
1-3型压电复合材料的连通方式为一维连通的压电陶瓷平行的镶嵌在三维连通的聚合物基体中,其声阻抗远小于压电陶瓷材料。
因而,用复合材料制作的换能器更容易与水和人体组织匹配。
制备1-3型压电复合材料的方法有切割-填充法、脱模法等,其中切割-填充法操作简单、成本低,并且可以根据需要控制复合材料中陶瓷柱的宽度与间隔,因此被广泛的用于复合材料的制备。
本论文利用切割-填充法制备了陶瓷相的体积比不同的1-3型PZT-Epoxy压电复合材料和陶瓷相的体积比为31%的1-3型BCZT-Epoxy压电复合材料,并对其超声物性展开了研究。
主要结果如下:(1)研究了陶瓷相的体积比对1-3型PZT43-Epoxy压电复合材料的压电常数、声阻抗等物性的影响,并探讨了材料的纵横比对复合材料的厚度机电耦合系数kt的影响。
实验制备了陶瓷相的体积比分别为25%、31%和40%的压电复合材料。
研究发现复合材料的声阻抗Z和压电常数d33都随陶瓷相的体积比的增加而增大,实验制备的复合材料的声阻抗的最小值和压电常数的最大值分别为10.2Mrayl、317pC/N。
与PZT43陶瓷材料相比,复合材料的厚度机电耦合系数kt 提高、介电常数εr降低,但是介电损耗tanδ增加、机械品质因子Qm比PZT43陶瓷降低了 2个数量级。
在-50℃-150℃的测试区间内,实验制备的压电复合材料的厚度机电耦合系数kt都具有较好的温度稳定性,并且kt随着复合材料样品的厚度的增加呈现先增加后减少的趋势,在纵横比约为3时kt取得最大值。
陶瓷相的体积比为31%的1-3型PZT43-Epoxy压电复合材料在厚度为1.4mm时的物性分别为:d3= 273pC/N,Z=11 Mrayl,kt=0.66,Q =4.1 εr= 410,ta =0.03。
常见的压电材料有哪些
常见的压电材料有哪些
首先，最常见的压电材料之一就是石英晶体。
石英晶体是一种自然界中存在的
矿物，具有良好的压电性能。
它在电子设备中被广泛应用，例如用于制作石英晶振，作为电子钟、计时器、无线电等设备的稳定振荡器。
除了石英晶体，陶瓷材料也是常见的压电材料之一。
陶瓷材料具有良好的压电
性能和机械性能，因此被广泛应用于压电换能器、压电陶瓷换能器、压电陶瓷传感器等领域。
此外，聚合物压电材料也是一类新型的压电材料。
相比传统的陶瓷材料，聚合
物压电材料具有更好的柔韧性和可塑性，可以在更广泛的领域得到应用。
目前，科研人员正在积极研究开发具有优良压电性能的聚合物材料，以满足不同领域对压电材料的需求。
此外，压电复合材料也是一种常见的压电材料。
压电复合材料是将压电陶瓷与
聚合物等材料复合而成，具有良好的压电性能和机械性能。
它在医疗、声学、振动控制等领域有着广泛的应用。
总的来说，常见的压电材料包括石英晶体、陶瓷材料、聚合物压电材料和压电
复合材料。
这些材料具有不同的特性和应用领域，但都具有良好的压电性能，为各种电子设备和器件的制造提供了重要的支持。
随着科学技术的不断发展，相信压电材料将会在更多领域发挥重要作用。
PZN_PZT压电陶瓷及其PVDF压电复合材料的制备和性能
文章编号:100023851(2002)0320070205收稿日期:2001210217;收修改稿日期:2001211223基金项目:国家自然科学基金资助项目(50072001)作者介绍:李小兵(1974),男,博士,主要从事压电复合材料方面的研究。
田 莳(1938),男,教授,主要从事压电复合材料研究。
PZN -PZT 压电陶瓷及其PV D F 压电复合材料的制备和性能李小兵,田 莳,李宏波(北京航空航天大学材料科学与工程学院,北京100083)摘 要: 采用固相烧结法合成了PZ N 2PZT (铌锌锆钛酸铅)三元系压电陶瓷烧结块材和粉末,并采用XRD 、SE M 等测试方法对其结构和性能进行了分析。
PZ N 2PZT 常压烧结陶瓷具有优良的压电性能,PZ N 2PZT 颗粒粒径在0.5～4Λm 之间,颗粒形态不太规整。
采用溶液共混法将PZ N 2PZT 粒子均匀分散于PVD F 基体中,制备了PZ N 2PZT PVD F 023型压电复合材料。
研究了PZ N 2PZT 质量分数、极化电场等因素对该压电复合材料压电和介电性能的影响。
实验结果表明,选用压电活性更高的压电陶瓷粉末进行复合,可有效提高压电复合材料的压电性能。
增加PZ N 2PZT 质量分数、提高极化电压均有利于复合材料压电性能的提高。
关键词: PZ N 2PZT ;固相烧结法;压电复合材料;溶液共混法中图分类号: TB 39 文献标识码:APREPARATI ON AND PR OPERTI ES OF PZN -PZT P I EZ OE L ECTR I C CERA M I CSAND PZN -PZT PV D F P I EZ OE L ECTR I C COM POSI TESL I X iao 2bing ,T I A N Sh i ,L I Hong 2bo(School of M aterials Science and Engineering ,Beijing U niversity of A eronautics and A stronautics ,Beijing 100083,Ch ina )Abstract : T ernary syste m p iezoelectric cera m ic m aterials PZ N 2PZT [Pb 0.955L a 0.03(Zn 13N b 2 3)0.3Zr 0.37T i 0.33O 3]and their pow dersw ere fabricated using s olid state sintered technol ogy .T heir structure and p roperties w ere studied by XRD and SE M .PZ N 2PZT cera m ics synthesized by the traditi onal sin 2tered m ethod contain w ell p iezoelectric p roperties.T he dia m eters of PZ N 2PZT pow ders are betw een 0.5～4Λm ,and the shape is irregular .PZ N 2PZT particles w ere incorporated into PVD F polym er m a 2trix homogeneously th rough s oluti on blended p rocess to fo r m PZ N 2PZT PVD F 023composite th in fil m s.T he effects of the cera m ic m ass fracti on and po ling electric field on the p iezoelectric and dielec 2tric p roperties of the p iezoelectric composites w ere studied .T he results show that the p iezoelectric p roperties of the composites could be i m p roved effectively th rough choosing the cera m ics containing better p iezoelectric p roperties as the filler .T he sa m e effects can be m ade w ith the increasing of PZ N 2PZT m ass fracti on and poling field .Key words : PZ N 2PZT ;s o lid state sin tered technol ogy ;p iezoelectric composites ;s oluti on blended p rocess 将具有强压电效应的压电陶瓷与柔性良好的压电聚合物按一定的连通方式、一定的体积或质量比例、一定的空间几何分布进行复合,可以使两种材料优势互补,获得既具有较强压电性又具有良好韧性的综合性能优异的压电复合材料。
压电材料的研究(最新整理)
摘要：本文阐述了各类新型压电材料的性能和应用。
从压电材料的压电效应入手，介绍了压电材料的分类及发展应用。
针对不同类型的压电材料在实际生活中的应用情况，概述了近年压电材料的研究状况，并系统地简介了压电材料在各个领域的应用和发展。
关键词：压电材料压电效应压电材料的分类研究方向实际应用压电材料的应用遍及大家日常生活的各个角落，人们几乎每天都在应用压电材料。
香烟、电热水器、汽车发动机等的点火装置要用到压电点火器；电子手表、声控门、电话等要用到压电谐振器或者是蜂鸣器；收音机要用到压电微音器、压电扬声器；数码相机要用到压电马达等等。
压电材料不仅在工业和民用产品上使用广泛，在军事上也有大量应用。
雷达、军用通讯和导航设备等都需要大量的压电陶瓷滤波器和压电SAW滤波器。
压电材料还应用于结构缺陷的识别、柔性结构振动的控制以及医学上的免疫检测、人工耳蜗等。
一、压电材料与压电效应1880年，法国物理学家居里兄弟发现：把重物放在石英晶体上，晶体的表面会产生电荷，产生的电荷量与其承受的压力成比例，这一发现被称为压电效应。
随即，居里兄弟又发现了逆压电效应：即在外电场作用下，压电体会产生形变。
压电效应表现为：当某些电介质在一定方向上受到外力的作用而发生形变时，其内部会发生极化现象，同时在它的两端出现正负相反的电荷，当作用力的方向改变时，电荷的极性也随之改变，受力所产生的电荷量与外力的大小成正比。
当去除外力后，它又会恢复到不带电的状态，这种现象称为正压电效应。
正压电效应是把机械能转换为电能，逆压电效应是把电能转换为机械能。
二、压电材料的分类我们可以将压电材料分为以下六类：（1）单晶材料，如石英、磷酸二氢氨等；压电单晶体，是指按晶体空间点阵长程有序生长而成的晶体。
这种晶体结构无对称中心，因此具有压电性。
如水晶（石英晶体）、镓酸锂、锗酸锂、锗酸钛以及铁晶体管铌酸锂、钽酸锂等。
（2）陶瓷材料，如锆钛酸材料、钛酸铅材料；压电陶瓷，是指用必要成份的原料进行混合、成型、高温烧结，由粉粒之间的固相反应和烧结过程而获得的微细晶粒无规则集合而成的多晶体。
浅谈压电智能材料在结构减振控制中的应用
研究探讨 Research300 浅谈压电智能材料在结构减振控制中的应用邓尚久（湖北建艺风工程设计有限公司， 湖北 荆州 434000）中图分类号：G322 文献标识码：A 文章编号1007-6344（2020）04-0300-01摘要：近年来随着我国建筑行业的飞速发展，各种建筑结构逐渐向大型化、低刚度的柔性结构发展，而柔性结构在外界荷载作用下会产生较大幅度的振动，严重影响结构的正常使用功能。
为此，本文介绍了各种压电材料分类特点、基本工作原理、压电方程以及压电材料在结构减振控制中的减振方法，并回顾了目前压电智能材料在减振控制中的应用现状。
关键词：压电材料；压电方程；减振控制方法0 引言压电材料是一种新型的智能材料，它具有正、逆压电效应，即在受到外界荷载激励时会在材料表面会形成正负相反的电荷，电荷量的大小与外界施加激励成正比，当外界激励消失时，材料又处于不带电状态。
基于压电材料独特的正逆压电效应，将其作为传感器与作动器，直接布置在结构表面进行振动控制，缩减了振动控制时的中间环节，从而大幅提高控制效率。
1 压电材料的分类及特点从压电材料被发现以来，其种类也得到了极大地丰富。
目前主要包括压电陶瓷、压电单晶、压电聚合物、压电纤维复合材料等。
其中压电陶瓷与压电纤维复合材料作为两种重要的智能控制材料在振动控制中得到了越来越多的应用。
压电陶瓷是人工制造的多晶压电材料，1954年B·Jaffe 等人发现了具有良好的压电性能锆钛酸铅固溶体（PZT），由于其加工方便、价格低廉、灵敏度高、响应速度快等优点的被广泛的应用于大功率换能器、宽带滤波器和各类压电传感器[1]。
目前国内外利用压电陶瓷（PZT）进行减振控制方面的研究也已取得较为丰富的成果[2-3.]。
压电纤维复合材料是1996年由美国国家航空在基于复合材料的原理制作而成，因其压电性能好，柔韧性高被广泛地应用于结构振动控制、结构健康监测等领域。
Fiore 和Daniel 等将压电纤维复合材料用于单层和双层复合材料板的振动主动控制模拟实验上，结果表明压电纤维复合材料对结构振动有较明显的减振效果；Agrawal 和Brij 等利用压电纤维复合材料的压电效应，对船体的弯曲振动进行了主动控制，结果表明，压电复合材料能较好的减小船体的弯曲振动。
压电复合材料结构的拓扑优化设计研究
压电复合材料结构的拓扑优化设计研究近年来，随着科学技术的不断发展与进步，各行各业都在不断地研究和尝试创新，从而提高产品的品质和性能。
在材料领域中，压电材料越来越被广泛地应用。
为了更好地利用压电复合材料，研究人员将其结构进行了拓扑优化设计，以进一步提高其性能和可靠性。
压电复合材料是一种具有良好控制性和高灵敏度的新型材料，其能够将机械能转换为电能，或将电能转换为机械能。
这种材料可以广泛应用于传感器、执行器、声波和电波装置等领域。
然而，这种材料的复杂结构和多种特性使其在设计和应用过程中面临很多挑战。
为了更好地优化压电复合材料的结构，研究人员将结构进行了拓扑优化设计。
这种设计方法可以优化材料的性能和结构，提高材料的可靠性和使用寿命。
拓扑优化是一种通过改变材料内部的结构和形状来优化其性能和特性的方法。
在拓扑优化的过程中，研究人员使用计算机模拟来确定最佳材料结构，以达到所需的性能和目标。
研究人员通过拓扑优化设计的方法，成功地优化了压电复合材料的结构，使其具有更好的性能和可靠性。
在设计过程中，研究人员不仅考虑了材料的结构和形状，还考虑了材料内部的分布和排列。
通过对材料的分析和计算，研究人员确定了最佳材料结构，并进行了实验验证。
此外，研究人员还通过拓扑优化的方法，实现了压电复合材料的自修复功能。
材料在受到外部损伤后可以自动修复，从而提高了其使用寿命和耐久性。
这种自修复功能的实现，为压电复合材料的实际应用提供了很好的保障。
总之，压电复合材料结构的拓扑优化设计研究，是为了更好地利用该种新型材料的特性和性能，从而满足各种应用需求。
通过科学的研究和技术的创新，压电复合材料的应用范围将会进一步扩大，其在各领域的应用也将得到更大的发挥。
《压电材料》课件
水热法
总结词
水热法制备的压电材料具有较高的取向度和结晶度，但需要高温高压的条件。
详细描述
水热法是一种在高温高压条件下制备压电材料的方法。首先，将原料放入密封的容器中，加入适量的 水，然后通过具有较高的取向度和 结晶度，但需要高温高压的条件，对设备要求较高。
要求较高。
04
压电材料的发展趋势与展望
高性能压电材料的研发
高性能压电材料是当前研究的热 点，旨在提高压电常数、机电耦 合系数和居里点温度等关键性能
参数。
研究方向包括通过元素掺杂、纳 米结构设计、多相复合等手段优 化材料组成和结构，提高压电性
能。
高性能压电材料在超声成像、传 感器、驱动器等领域具有广泛的
压电陶瓷传感器用于检测汽车发动机的燃烧压力和气瓶压力，确保发动机和气瓶的 安全运行。
压电陶瓷传感器还可以用于检测汽车轮胎胎压，提高驾驶安全性和燃油经济性。
压电陶瓷传感器在汽车制动系统中也有应用，用于检测制动盘的振动和温度，确保 制动系统的稳定性和安全性。
压电复合材料在智能结构中的应用
压电复合材料可以用于智能结构 的振动控制和监测，提高结构的
机械耦合系数
描述压电材料在机械能和电能之间转换效率的参数。高的机械耦合系数意味着高 效的能量转换。
温度稳定性
居里温度
某些压电材料在达到居里温度时会失去压电效应。居里温度 的高低是衡量温度稳定性的重要指标。
热膨胀系数
描述材料在温度变化时尺寸变化的参数。低的热膨胀系数有 助于提高温度稳定性。
环境稳定性
利用压电材料的特性，可以制作各种 医疗器械，如超声波探头、心电图机 等。
军事领域
利用压电材料的特性，可以制作各种 军事设备，如声呐、引信等。
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压电复合材料的应用与分析作者：涂远来源：《建材发展导向》2014年第03期摘要：压电复合材料是20世纪80年代开始兴起研究的新型压电材料，通过三十多年的研究，压电复合材料从理论、制造技术到应用开发都取得了很大进展。
文章重点介绍了1-3型水泥基压电复合材料的制备、应用及其有限元分析计算方法。
关键词：压电复合材料；水泥基压电复合材料；应用；有限元1 压电复合材料压电材料由于响应速度快，测量精度高、性能稳定等优点而成为智能材料结构中广泛使用的传感材料和驱动材料。
但是，单相压电材料（主要包括压电晶体、压电陶瓷及压电聚合物）因存在明显的缺点而在实际应用中受到了很大的限制。
例如，大多压电晶体存在着价格昂贵，机械强度低、化学稳定性差、易于潮解等缺点，在土木工程结构中使用时易损坏；压电陶瓷的脆性很大，经不起机械冲击和非对称受力，而且其极限应变小、密度大，与结构粘合后对结构的力学性能会产生较大的影响；压电聚合物虽然柔顺性好，但是使用温度范围小，压电应变常数较低，作为驱动器使用时驱动效果差。
压电复合材料是20世纪80年代开始兴起研究新型压电材料，它是以环氧树脂、橡胶或PVDF等聚合物作为基体，以压电陶瓷作为电功能增强体而形成的复合材料。
它综合了压电陶瓷和聚合物的特点，具有介电常数小、密度低、韧性好等特点。
而且通过调节复合材料的微观结构和选择各相材料的性能，可以制作成性能多样的压电复合材料，适合各种需要。
通过三十多年的研究，压电复合材料从理论、制造技术到应用开发都取得了很大进展。
压电复合材料的类型与性能：压电复合材料一般是由压电陶瓷和聚合物基体按照一定的连接方式，一定的体积或质量比例和一定的空间几何分布复合而成。
压电复合材料的特性如电场通路、应力分布形式以及各种性能如压电性能、机械性能等主要由各相材料的连通方式来决定。
按照各相材料的不同的连通方式，压电复合材料可以分为十种基本类型，即0-0、0-1、0-2、0-3、1-1、1-2、1-3、2-2、2-3、3-3型，第一个数字代表压电相，二个数字代表非压电相。
其中研究最多的主要为0-3型、2-2型及1-3型压电复合材料。
下面对这几种复合材料作简要介绍。
0-3型压电复合材料是指在三维连通的聚合物基体中填充压电陶瓷颗粒而形成的压电复合材料。
在0-3型压电复合材料中，由于压电陶瓷相主要以颗粒状呈弥散均匀分布，其电场通路的连通性明显差于1-3型压电复合材料，在复合材料中形不成压电陶瓷相的应力放大作用，因此与纯压电陶瓷相比，0-3型压电复合材料的压电应变常数就要低很多。
然而，由于0-3型压电复合材料的介电常数较低，这使得其压电电压常数较高，从而具有较高的接收灵敏度。
此外，该类复合材料的柔顺性也远比压电陶瓷好，因此其综合性能要优于纯压电陶瓷。
2-2型复合材料的陶瓷相和聚合物相均在二维平面内自连，两者间隔排列，即陶瓷相与聚合物相在各自的平面内延伸，构成层状交叠的复合结构。
这种复合材料有串联和并联两种工作模式。
串联2-2型复合材料常采用切割工艺制备。
对于这种串联型材料，由于压电陶瓷与聚合物介电常数的悬殊，导致压电陶瓷片上的电场很小，所以串联2-2型复合材料的介电常数和压电常数都很小。
并联2-2型复合材料常用流延和层压法制造，其介电常数随陶瓷相的含量成线性增长。
1-3型压电复合材料是一维的压电陶瓷柱平行地排列于三维连通的聚合物中而构成的两相压电复合材料。
它具有低密度、低介电常数、较高的等静压压电性能、低机械品质因数值、较小的平面机电耦合系数、声阻抗易于与水和生物组织匹配及材料参数在一定范围内可定制等特点，是目前应用较广泛的一种压电材料。
虽然1-3型压电复合材料的压电应变常数和机电转换系数均低于压电陶瓷，但是压电电压系数和柔韧性却得到了明显的改善，其综合性能要显著优于纯压电陶瓷，是一种很有发展前途的压电复合材料。
2 水泥基压电复合材料水泥基压电复合材料是以压电陶瓷为功能体，水泥为基体复合而成的材料，它具有与混凝土相容性良好、强度高、耐久性好、感知灵敏度高及制备工艺简单，造价低等特点，非常适合土木工程结构性能监测。
2.1 水泥基压电复合材料制备水泥基压电复合材料主要有两种制备方法。
一种是切割—填充法，即在陶瓷块上沿与压电陶瓷块极化轴相垂直的两个水平方向上通过准确的锯切，刻出许多深槽，然后再槽内浇注聚合物，固化之后将剩余的陶瓷基底切除掉，在经镀电极、极化即形成1-3型压电复合材料。
第二种是排列—浇注法，又称层叠—填充—切割—填充法。
是指先对压电陶瓷功能体进行排列，然后浇注基体，切割，再次浇注而得到。
此方法对原材料的浪费较少，排列的方式增大了复合材料的可设计性，但对复合材料进行了两次浇注，使复合材料的内部结构不均匀。
水泥基体可以为普通硅酸盐水泥，也可以采用水泥、环氧树脂与固化剂混合物按照一定的水灰比配制的。
图2.1.1 2-2型水泥基压电复合材料的制备示意图图2.1.2 1-3型水泥基压电复合材料的制备示意图2.2 水泥基压电复合材料在土木工程中的应用2.2.1 结构的无损检测水泥基压电复合材料与混凝土良好相容特性为土木工程领域的健康监测技术提供了一种全新的思路。
结构发生损伤时，其机械阻抗也会发生变化，当将压电材料与结构耦合后，通过对其施加交流电场，压电材料会产生振动，并带动结构进行振动，在高频范围内，结构的物理变化将引起压电材料的电阻抗变化，通过对压电材料的电阻抗进行测量，便可以提取结构的机械阻抗变化信息，从而确定结构的损伤情况。
2.2.2 在水泥水化反应监测中的应用埋入式水泥基压电传感器可以对水泥的前期水化特性进行监测。
该传感器以水泥、环氧树脂及固化剂的混合物作为封装材料，与水泥本体材料之间具有良好的界面相容性及声阻抗匹配性能，能够有效改善到达波的接收效果，从而为准确分析接收波的波形及相关参数变化提供有利保障。
2.2.3 在混凝土结构检/监测中的应用研究利用压电材料对结构进行监测的方法主要分为三个方面，一是应力/应变法，利用压电材料作为应力/变传感器，对结构的应力及微小应变进行检测；二是波传播法，即采用压电材料分别作为驱动器和传感器来激发和接收声波或超声波，通过分析结构损伤前后传感器信号的差异诊断结构完整性；三是机电阻抗法（EMI），即采用压电材料作为自感知驱动器，通过其与结构耦合后本身机电阻抗的变化来诊断结构的损伤状况，该方法具有对结构初始损伤敏感、对结构细节初始识别能力强、对外界环境影响的免疫力好、使用成本低等优点。
而水泥基压电复合材料可以有效的改善压电传感器与混凝土之间的力学及声学相容性，发展前景广阔。
3 压电复合材料的有限元分析3.1 基本有限元模型压电耦合的矩阵表示为[T]=[cE]{S}-[e]{E}[D]=[e]t{S}+[εs]{E} （3.1.1）其中[T]应力矩阵，[D]电位移矩阵，[cE]刚度矩阵，{S}应变矩阵，[e]压电应力常数矩阵，{E}电场强度矩阵，[e]t压电应力常数矩阵的转置矩阵，[εs]介电常数矩阵。
耦合单元的控制方程为（3.1.2）其中[M]结构质量矩阵，[Cd]结构阻尼矩阵，[K]结构刚度矩阵，[Kd]介电传导矩阵，[Kp]压电耦合矩阵，{u}节点位移矩阵，{v}电压向量，[F]外力向量，[L]电量向量，{}速度向量，{}加速度向量。
3.2 运用ANSYS软件分析压电复合材料3.2.1 大型有限元软件ANSYS的耦合场分析ANSYS软件提供了对各种物理场的分析，也是目前唯一能够真正实现多物理场耦合分析的CAE分析系统，集结构、热、电磁、流体、声学等多物理场求解功能于一体。
ANSYS目前可以考虑的多物理场分析主要有如下几个方面：热-应力分析、热-结构分析、热-电分析、热-流体分析，磁-热分析、磁-结构分析、感应-加热分析、感应-振荡分析、电磁-电路分析、电-结构分析、电-磁分析、电-磁-热分析、电-磁-热-结构分析、压力-结构分析、速度-温度-压力分析、稳态-流-固分析。
ANSYS分析首先要确定材料单元的类型。
可用于压电分析的耦合单元有SOLID5、PLANE13和SOLID98单元。
压电陶瓷可以选择SOLID5单元，SOLID5单元是三维的耦合场固体单元.这种单元为8节点，6面体单元.每个节点具有三个自由度。
这种单元适用于力-电耦合场，电-磁耦合场，力-温度耦合计算。
水泥基体（水泥或水泥、环氧树脂与固化剂的混合物）可选择三维实体SOLID45单元，该单元用于三维固体结构模型。
两相材料之间的连接方式使用Gule方法粘贴，使其不产生滑动。
在前处理中输入材料的参数，经过计算，用后处理分析结果。
ANSYS可以输出构件的应力应变，电场分布。
还可以对压电复合材料进行模态分析及谐响应分析。
3.2.2 算例ANSYS软件分析压电体振动模态是依据3.1所述述有限元方法，将给定的约束条件代入离散化方程3.1.2，计算、求解，来模拟仿真实体的振动。
利用ANSYS软件模拟1-3系压电复合材料的振动。
由于本例主要模拟复合材料的宏观轮廓振动，内部周期结构对其影响非常小，因此为了减少计算量、节省计算时间，将实体模型简化。
根据1-3复合材料的实体结构（图3.2.1），简化的1-3型复合材料模型为：外形尺寸为12mmx12mmx4mm的压电复合材料长方体。
模型的边界条件为上下表面对称，其他边界自由。
经计算得到了复合材料构件的振动状态见图3.2.2。
图3.2.1 1-3压电复合材料实体模型图3.2.2 1-3压电复合材料实体模型变形参考文献[1] 顾建祖，王鑫伟.正交异性压电传感器在结构健康诊断中的应用[J].振动工程学报，2007，20（4）：381-387.[2] Gebhardt S，Sch6necker A，Steinhausen Reta1.Quasistatic and dynamic properties of 1-3 compositesmade by softmolding JournM of the European Ceramic Society，2003，23（1）：153-159.[3] 刘永刚，沈星，赵东标.压电纤维复合材料的静电场分析[J].人工晶体学报，2007，36（3）：596-600.[4] 李邓化.新型压电复合材料换能器及其应用[M].北京：科学出版社， 2007.[5] 祝效华，余志祥等.ANSYS高级工程有限元分析范例精选[M].北京：电子工业出版社，2004.[6] 叶先磊，史亚杰.ANSYS工程分析软件应用实例[M].北京：清华大学出版，2003.作者简介：涂远（1978.06- ），男，汉族，湖北省武汉人，硕士，贵阳铝镁设计研究院有限公司，工程师。