壓電材料與工程
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
壓電材料與工程的視頻教程
ANSYS & Abaqus~壓電陶瓷材料和仿真計算
課程內容涉及到壓電材料相關內容以及壓電仿真相關的軟件操作： 具體包括：壓電材料簡介、性能參數和壓電方程等。 壓電仿真軟件操作實例（Piezoelectric Fan）： ANSYS_Workbench—ACT壓電插件實例操作； Abaqus 實例操作(Step by Step)； 模態分析 & 諧響應分析 ； 壓電材料的逆壓電效應和正壓電效應。
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ABAQUS-復合材料工程應用案例三-復合材料彈簧壓縮變形損傷失效模擬
本案例詳細講解了工程上常用的玻璃纖維增強樹脂基復合材料彈簧壓縮變形損傷失效模擬，重點講解了模型部件的建模處理方法，玻璃纖維樹脂基復合材料的本構參數設置、網格劃分技巧以及如何去調試模型的收斂性，在結果后處理中講解了模型的載荷、速度以及能量的轉化如何去分析，附件里提供模型源文件。
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ABAQUS-復合材料工程應用案例五-芳綸纖維增強樹脂基復合材料鉆削損傷失效模擬
本案例詳細講解了工程上常用的芳綸纖維增強樹脂基復合材料鉆削損傷失效模擬，重點講解了模型部件的建模處理方法，芳綸纖維樹脂基復合材料的材料本構參數設置、網格劃分技巧以及如何去調試模型的收斂性，在結果后處理中講解了模型的載荷、速度和加速度以及能量的轉化如何去分析，附件里提供模型源文件。
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壓電材料與工程的實例教程
壓電效應我的理解是：
1、正向效應是力作用到壓電材料上產生電，可以做傳感器使用；
2、反向效應是電場作用到壓電材料上產生應變，可以做驅動器使用。
壓電材料一般都是鋯鈦酸鉛、石英-天然陶瓷、聚偏二氟乙烯等進行制作的。鋯鈦酸鉛被通稱為PZT，是強電介質的鈦酸鉛（PbTiO3）和反強電介質的鋯酸鉛（PbZrO3）的固溶體，成分是〔Pb（Zr-Ti）O3〕。居里點根據兩者的混合比例不同而不同，大約在320℃附近有。在居里點以下沒有轉變點非常穩定。燒結性好，因為能夠充分的極化而且極化也比較的容易，所以能夠制作擁有高壓電常數的壓電陶瓷。通過改變混合比可以控制其機械Q值與相對介電常數等。
壓電材料制作流程：
壓電效應的產生原因是晶體結構自身的各向異性以及極化作用，默認情況下所有壓電材料Z方向極化（X3-方向），并且默認情況下材料與空間的Z方向重合，要改變極化方向，最簡單的做法就是創建一個新坐標系，并指定到壓電材料上。
壓電材料有兩種本構形式，一種是應力-電荷形式，一種是應變-電荷形式。這個根據自己獲得的哪種形式的參數決定，兩者都差不多。
展開 正/逆壓電效應與材料本身的各向異性程度緊密相關，反過來又與壓電材料的晶體結構存在關聯，而各向異性的程度同時又受到極化過程的影響。下面，我們將介紹如何在 COMSOL 軟件中正確地模擬壓電材料的晶體取向和極化方向。
壓電效應簡介
讓我們快速回顧一下壓電效應的概念：正壓電效應指材料受到機械力的作用時，其電極化會發生改變；而逆壓電效應指對材料施加外部電場后，材料會發生變形。
壓電效應源自晶體結構
在 32 種晶體中有 20 種為非中心對稱的晶體結構，而壓電效應往往與此有所關聯。石英等天然材料具有壓電效應，原因就在于其自身的晶體結構。而鋯鈦酸鉛（lead zirconate titanate，簡稱 PZT）等人工材料需經過極化過程才能表現出壓電特性。讓我們來一起探究微觀層面上究竟發生了什么，從而引起了壓電效應。
鈣鈦礦晶胞中偏離中心的鈦離子。
對于鈣鈦礦（perovskite，分子式為 CaTiO3）一類的典型的非中心對稱晶體結構來說，其晶體中每個晶胞的凈電荷均為零。然而，由于晶胞中的鈦離子略微偏離中心，因此產生了電極性，從而使晶胞轉化為有效的電偶極子。當機械應力作用在晶體上時，鈦離子的位置進一步發生變化，進而改變晶體的極化強度，產生正壓電效應；相反，當對晶體施加電場時，鈦離子的位置會發生相對移動，從而導致了晶胞變形，使其變得更接近（或偏離）正方體，這便是逆壓電效應的成因。
為何要對壓電材料進行極化？
在晶胞構成的宏觀晶體結構中，固有偶極子的取向原本是毫無規則的。當機械應力作用在材料上時，為使儲存在偶極子中的總機電能量降至最小，每個偶極子都會改變其初始取向，朝著使能量最小化的方向旋轉。如果所有偶極子的初始取向都雜亂無章（也就是凈極化為零）的話，旋轉行為可能不會顯著改變材料的宏觀凈極化，因此表現出的壓電效應可以忽略。
展開 日本大阪關西大學也在努力，他們開發出第一代壓電面料。
這種類型的面料有一根導電碳纖維紗芯，還有一根壓電聚左旋乳酸纖維紗和一根聚對苯二甲酸乙二醇酯中間鞘；外面還有導電纖維保護罩。
在新衣服的連接和功能方面，這些材料組件起到了關鍵作用。
壓電編織繩會生成電信號，這些信號是受到3D運動的刺激生成的。當用戶穿上新面料制成的衣服，就會有各種各樣的動作，比如彎曲、扭曲。不只如此，同軸線纜面料彼此交織在一起，變成壓電編織繩。它會起到電磁屏蔽作用，提高敏感度。保護屏障相當重要，是必要的，這樣衣服就不會受到設備(比如手機)環境噪音的干擾。清除電磁干擾相當重要，只有清除才能確保衣服使用的技術完美工作。
首席研究員Yoshiro Tajitsu在接受雜志采訪時說：“我們的研究目標是開發功能性服裝，有時還與電子織物有關。”談到技術的未來，他補充說：“我們相信，有了人機設備，用戶可以與外部設備以自然的方式交流，不會因為復雜的運動受到限制或者受到阻礙。”
Yoshiro Tajitsu還說，電子織物必須舒適、時尚。如果想說服用戶購買衣服，這是必要的一步。研究人員用新面料編織了三種傳統日本裝飾結(也就是Kame，Kicchyo和Awaji)，日本人用這些裝飾結制作和服，給婦女穿。
Kame和Kicchyo裝飾結會產生強大的信號，變成電能，足以讓傳感器運作，讓手機拍出自拍照，只需要扭曲衣服的裝飾結就行了。
從時尚角度看，可以將新技術放進健康設備中，比如用來監視病人的關鍵身體信號。
展開 【引言】
鋯鈦酸鉛(PZT)固溶體具有優異的壓電和介電性能，廣泛應用于傳感器、傳動器和電源等領域。在準同型相界(MPB)附近的復合材料中的PZT的超高電應變已成為非常重要的基本研究課題。為了更好地理解優異壓電性能背后的機理，研究人員對MPB中PZT的長程和短程結構已經進行了廣泛研究，但由于在電場應用下的原位研究相對較少，電子應變的機制仍然存在爭議。通常，場誘導的宏觀應變可以分為兩類貢獻：外在的(例如非180°疇切換、場誘導相變)和本征(例如場致壓電晶格應變)貢獻。盡管在先前的研究中報道了PZT的本征和外在貢獻，但是兩類貢獻在MPB附近組成的函數的趨勢尚不清楚，特別是對于Nb摻雜的復合材料。
【成果簡介】
近日，北卡羅來納州立大學Jacob L. Jones研究員、西安交通大學李盛濤教授(共同通訊作者)等利用高能同步輻射X射線衍射(XRD)結合面積檢測器來測量1% Nb摻雜的PbZrxTi1-xO3(PZT，0.50 ≤ x ≤ 0.56)壓電陶瓷對電場的響應，并在Acta Mater.上發表了題為“Deconvolved intrinsic and extrinsic contributions to electrostrain in high performance, Nb-doped Pb(ZrxTi1-x)O3 piezoceramics (0.50 ≤ x ≤ 0.56)”的研究論文。作者使用涉及基于微機械的計算和配對分布函數(PDF)分析，發現本征和外在貢獻對于實現高電子應變均非常重要。在最接近準同型相界(MPB)的組合物中，本征響應的相對貢獻增加。
展開 近日，武漢理工大學張聯盟院士團隊與澳大利亞伍倫貢大學、西安交通大學科研團隊合作，報道了摻雜劑在鈮酸鉀鈉（K0.5Na0.5NbO3，KNN）無鉛壓電陶瓷中對原子尺度結構、宏觀相結構以及性能的影響與貢獻，對新型壓電陶瓷的設計與制備提供了新的思路。該研究成果以“The mechanism for the enhanced piezoelectricity in multi-elements doped (K,Na)NbO3 ceramics”為題，發表在《自然通訊》(Nature communications)上。
論文連接：
https://www.nature.com/articles/s41467-021-21202-7
壓電陶瓷材料可以將機械能轉換為電能或者將電能轉換為機械能，因此被廣泛的應用于機電轉換領域。近年來，人們環保意識和健康意識的增強，無鉛壓電材料得到了快速發展。在KNN壓電陶瓷材料中，多元素摻雜是一個重要的研究方向，但其摻雜劑與微觀結構、宏觀結構和性能的關系一直難以建立，限制著新型壓電材料的設計與制備。探索摻雜劑與微觀、宏觀和性能的關系，將有助于加深對壓電陶瓷摻雜改性機制的理解，并進一步設計新型的壓電陶瓷材料。
合作團隊采用雙球差校正電鏡分析技術，對所制備的多元摻雜KNN陶瓷進行原子結構表征，發現摻雜劑誘導的四方相宏觀結構中存在大量的小角度極化區域。通過模擬分析表明，小角度的極化矢量區域比大角度的極化矢量區域更容易在電場下發生變化，并促進整體結構的變化，說明多元摻雜形成的宏觀四方相結構，可以顯著提高材料的壓電性能。
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材料卡片是仿真分析的"基因"，決定了有限元計算結果的精度上限。
在碰撞仿真、NVH分析、產品可靠性評估等場景中，材料參數設置的準確性直接影響仿真的可信度。然而，實驗室提供的原始材料曲線與仿真軟件所需的有效應力應變曲線之間，存在一道需要跨越的轉化鴻溝。本文基于實戰經驗，系統梳理從材料曲線獲取到仿真材料卡片生成的完整流程，供從事CAE工作的工程師參考。
會議簡介
2026年第九屆機械工程與應用復合材料國際會議(MEACM 2026)將于2026年8月21日-23日在伊斯坦布爾，土耳其召開。本次會議將匯聚全球權威的機械工程和復合材料領域的專家學者，旨在解決工程實踐中的復雜問題并展示最新科研成果。
MEACM自2017年以來，已先后在香港、哈爾濱、北京、三亞等多個國家地區舉行，并在過去8年中取得了成功，成為了真正的國際性的活動。會議通過投稿參與報告
會議簡介
2026年第九屆機械工程與應用復合材料國際會議(MEACM 2026)將于2026年8月21日-23日在伊斯坦布爾，土耳其召開。本次會議將匯聚全球權威的機械工程和復合材料領域的專家學者，旨在解決工程實踐中的復雜問題并展示最新科研成果。
MEACM自2017年以來，已先后在香港、哈爾濱、北京、三亞等多個國家地區舉行，并在過去8年中取得了成功
會議信息
【會議日期】2026年3月27-29日
【會議地點】中國上海
【會議網址】https://www.icgee.com/
【會議支持】仁荷大學、上海交通大學、中山大學、薩萊諾大學、中南大學
【截稿日期】2026年3月20日
【會議日期】2026年3月27-29日
征稿主題（包括但不限于）：
土工合成材料的應用和可持續性
土木與結構工程
工程化的復合材料疲勞仿真方法6個月前
材料也會累？
什么是材料的疲勞？
所謂材料的疲勞，指的是在長期服役情況下，材料持續經受循環載荷，以致性能下降甚至失效破壞的情況。
工業界經常講疲勞壽命，就是說結構疲勞工況的使用壽命。我們在設計汽車、飛機、艦船時，疲勞壽命的設計非常重要的一環，也是安全設計的必要內容。通常來說，這種重大裝備的設計壽命也就20年左右。愛惜點使用，少經歷一些大風大浪，可以茍到30年，和原始人類的壽命差不多。自然造物也不過如此了
參考：https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzU2NDgzNjQxMw==&mid=2247498347&idx=2&sn=d5aefe7b8637347b9bf907f2cafb3ff2&chksm=fc465b39cb31d22f0f7088986f0d1d504542a8ee2cb5a667f774a70a9cb01a77178148a3042b&scene
組織工程為癌癥研究提供了創新工具。基于分子設計的生物材料的3D癌癥模型旨在利用腫瘤組織的維度以及生物力學和生化特性。然而，迄今為止，盡管細胞外基質在癌癥中起著關鍵作用，但只有少數3D癌癥模型建立在基于生物材料的基質上。避免這一關鍵設計特征的主要原因是難以重現腫瘤微環境的固有復雜性以及實用分析和驗證技術的可用性有限。在超分子化學、材料科學和腫瘤生物學界面上出現的最新進展正在產生新的方法來克服這些界限
本文原載于Ansys Advantage：《Digital Engineering Reduces the Cost of Composite Pipe for Oil and Gas Operators》
Magma Global是一家在碳纖維復合材料開發領域處于領先地位的創新型、快速增長的海底技術公司。Magma應用最先進的材料與制造科學
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comsol中壓電陶瓷仿真學習
引言
汽車輕量化是在保證汽車安全性能前提下，降低汽車的整備質量，從而提高汽車的動力性，實現節能減排的目的。尤其是“碳達峰”和“碳中和”被提出后，對汽車節能減排的需求更為迫切。對于燃油車，汽車質量每減少10%，汽車燃油效率將會增加6%~8%；而新能源汽車每減重10%，續航里程可提升5%~6%，由此可見，無論是在提高汽車性能，還是在實現汽車節能、降耗、增加續航里程方面
