壓電
關注創建者：劉堯 創建時間：2016-04-19
壓電的視頻教程
ansys workbench壓電仿真-夾心式換能器入門課程
本課程詳細的介紹了壓電材料在ansys workbench平臺上的使用，視頻同時介紹了壓電驅動入門知識、壓電包安裝等內容。 視頻包括：以一階縱振夾心式換能器為例介紹了SolidWorks壓電單元的建模、workbench壓電材料設置、網格劃分、壓電體設置、模態分析與諧響應分析的求解設置、通用后處理與時間歷程后處理等步驟的介紹。
￥29.9 27分鐘 443播放
查看
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。
￥88 1小時55分鐘 1749播放
查看
壓電的實例教程
壓電陶瓷簡介
壓電陶瓷是一種能夠將機械能和電能互相轉換的陶瓷材料。壓電陶瓷除具有壓電性外，還具有介電性、彈性等，已被廣泛應用于醫學成像、聲傳感器、聲換能器、超聲馬達等。壓電陶瓷利用其材料在機械應力的作用下，引起內部正負電荷中心相對位移而發生極化，導致材料兩端出現符號相反的束縛電荷即壓電效應。壓電陶瓷主要用于制造超聲換能器、水聲換能器、電聲換能器、陶瓷濾波器、陶瓷變壓器、陶瓷鑒頻器、高壓發生器、紅外探測器、聲表面波器件、電光器件、引燃、引 爆和壓電陀螺等。
壓電效應分析是一種結構－電場耦合分析。當給石英和陶瓷等壓電材料加電壓時，它們會產生位移，反之若使之振動，則會產生電壓。壓力傳感器就是壓電效應的一種典型的應用。
一、單元選擇
ANSYS中的壓電分析只能用下列單元類型之一：
1.PLANE13，KEYOPT（1）= 7，耦合場4節點四邊形實體單元；
2.SOLID5，KEYOPT（1）= 0或3，耦合場6節點六面體單元；
3.SOLID98，KEYOPT（1）=
0或3，耦合場10節點四面體單元；
4.SOLID226，KEYOPT（1）=
1001，耦合場20節點六面體單元；
5.SOLID227，KEYOPT（1）=
1001，耦合場10節點四面體單元；
KEYOPT選項激活壓電自由度：位移和電壓。對于SOLID5和SOLID98，KEYOPT(1)=3僅激活壓電選項。
二、材料屬性
在ANSYS中，壓電模型需要的材料特性有介電常數（或叫電容率）、壓電矩陣和彈性系數矩陣，一共三項。
1.介電常數（Relative Permittivity）
介電常數是反映材料的介電性質，或極化性質的，通常用ε來表示。不同用途的壓電陶瓷元器件對壓電陶瓷的介電常數要求不同。
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 壓電驅動風機葉片的模擬 ￥20
壓電性——指的是發生在壓電材料結構和電場之間的耦合屬性。對壓電材料施加電壓可以使其產生位移，同時振動壓電材料可以產生電壓。
壓電耦合是一些單晶體的自然特性，如：石英、鐵電陶瓷（PZT）、壓電聚合物（PVDF）。直接的壓電耦合可以把機械能轉換為電能，而反壓電耦合則是將電能轉換為機械能。
在壓電分析中，結構場和準靜電場通過壓電常數耦合。
問題描述
一壓電驅動的風機葉片結構如下，分析其模態及在115伏60Hz下的響應。
壓電驅動風機葉片真實模型
壓電驅動風機葉片幾何模型
模態分析
設置各個部件的材料屬性，尤其壓電材料。在Engineering Data中，創建新的材料命名為“Piezo”，密度輸入為7500kg m^-3，以表格的形式輸入壓電材料的各向異性彈性模量。
對兩塊壓電晶片零件賦予Piezo材料屬性，同時在Piezo2 body頂部上建議一個y軸反轉的局部坐標系作為壓電極化方向。
設置面尺寸及體尺寸，網格劃分如下：
在分析設置明細中Options的Max Modes to Find輸入3，其余保持默認；FR4板上的兩圓孔面施加固定約束。
插入Piezoelectric Body對兩壓電晶片零件添加壓電屬性如下：
插入Voltage對下面的壓電晶片底部添加0電壓值；同時對兩壓電晶片零件的接觸面添加Voltage Coupling。
展開 這些寬禁帶材料同時也具有非中心對稱的晶體結構，因而表現出顯著的壓電特性。然而這些材料中壓電極化電荷和半導體特性的耦合過程長期以來被忽略。
針對壓電半導體中極化電荷和半導體特性耦合過程的研究和應用，佐治亞理工學院及中國科學院北京納米能源與系統研究所的王中林院士分別于2007年和2010年首次提出壓電電子學和壓電光電子學的基本概念和原理，并建立了壓電電子學和壓電光電子學這兩大新興學科。在壓電電子學效應中，壓電半導體材料受機械作用產生的極化電荷對金屬-半導體肖特基結或p-n結界面處的載流子傳輸過程進行有效調制，實現了將外部機械信號轉變為壓電電子學器件（例如晶體管，邏輯電路等）中的門控信號。在壓電光電子電子學效應中，壓電半導體材料受機械作用產生的極化電荷對光生載流子的產生，復合，分離以及輸運的過程進行有效調制，實現了將外部機械信號轉變為壓電光電子學器件（例如光電探測器，發光二極管等）中的門控信號。
壓電電子學和壓電光電子學不僅提供了豐富的基礎研究機會，并在人機交互、微納機電器件、傳感和自驅動系統，人工智能等領域也具有廣闊的應用前景，由此激發了科研人員在這個領域的研究興趣。近年來對于壓電電子學和壓電光電子學的基礎及應用研究取得了快速地發展。多種功能材料中的壓電電子學和壓電光電子學的基本效應得到了系統深入地研究，相關的理論體系得以建立，諸多壓電電子學和壓電光電子學器件也被設計研發。為增進研究者們對壓電電子學與壓電光電子學的理解以推進其實際應用，王中林院士組織領域內研究者在2018年12月的美國材料學會會刊（MRS Bulletin）上撰寫了主題為“壓電電子學和壓電光電子學”的專刊。該期專刊的八篇綜述文章從基礎材料特性，相關效應的物理過程，器件設計和應用，及理論計算和分析等角度全方位地回顧了壓電電子學和壓電光電子學的最新學科進展，并對未來的研究趨勢做了深入討論。
展開 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 
壓電的相關專題、標簽、搜索
壓電的最新內容
官網：
<應變片：應力測試測量優選>
<稱重傳感器：稱重精度，久經驗證>
<力傳感器： 應變和壓電兩種測量技術>
<扭矩傳感器和轉矩傳感器>
<電功率測試 - 從部件到車輛能源管理>
<數據采集系統與設備>
您還可以通過如下方式聯系我們，了解更多產品與應用詳情：
郵箱：cn.info@hbkworld.com
官網：https://www.hbkworld.com
noreferrer" target="_blank"><稱重傳感器：稱重精度，久經驗證></a></p><p class="ql-align-justify"><a href="https://www.hbkworld.com/zh/products/transducers/force" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><力傳感器： 應變和壓電兩種測量技術
官網：
<應變片：應力測試測量優選>
<稱重傳感器：稱重精度，久經驗證>
<力傳感器： 應變和壓電兩種測量技術>
<扭矩傳感器和轉矩傳感器>
<電功率測試 - 從部件到車輛能源管理>
<數據采集系統與設備>
您還可以通過如下方式聯系我們，了解更多產品與應用詳情：
郵箱：cn.info@hbkworld.com
官網：https://www.hbkworld.com
www.wabtecims.com.cn/
Wabtec原奧林巴斯超聲相控陣無損檢測解決方案：https://www.wabtecims.com.cn/zh/phasedarray/
聲學的智慧：從惠更斯原理到電子聚焦
超聲相控陣技術的本質，是一場從“機械掃描”到“電子掃描”的跨越，不同于傳統超聲檢測依賴單晶片探頭進行物理移動，相控陣技術基于惠更斯原理，通過探頭內部排列的多個獨立壓電晶片
官網：
<應變片：應力測試測量優選>
<稱重傳感器：稱重精度，久經驗證>
<力傳感器： 應變和壓電兩種測量技術>
<扭矩傳感器和轉矩傳感器>
<電功率測試 - 從部件到車輛能源管理>
<數據采集系統與設備>
您還可以通過如下方式聯系我們，了解更多產品與應用詳情：
郵箱：cn.info@hbkworld.com
官網：https://www.hbkworld.com
noreferrer" target="_blank"><稱重傳感器：稱重精度，久經驗證></a></p><p class="ql-align-justify"><a href="https://www.hbkworld.com/zh/products/transducers/force" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><力傳感器： 應變和壓電兩種測量技術
壓電力傳感器的核心是<strong>壓電晶體</strong>（常用石英材料），它擁有獨特的壓電效應：在機械應力作用下會直接產生電荷，且<strong>產生的電荷量與施加的機械應成正比</strong>。
直接耦合的例子有壓電分析，流體流動的共輒傳熱分析，電路—電磁分析。這些分析中使用了特殊的耦合單元直接求解耦合場的相互作用。
2. 對于多場的相互作用非線性程度不是很高的情況，載荷傳遞方法更有效，也更靈活。因為每種分析是相對獨立的。耦合可以是雙向的，不同物理場之間進行相互耦合分析，直到收斂到達一定精度。
noreferrer" target="_blank"><稱重傳感器：稱重精度，久經驗證></a></p><p class="ql-align-justify"><a href="https://www.hbkworld.com/zh/products/transducers/force" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><力傳感器： 應變和壓電兩種測量技術
noreferrer" target="_blank"><稱重傳感器：稱重精度，久經驗證></a></p><p class="ql-align-justify"><a href="https://www.hbkworld.com/zh/products/transducers/force" rel="noopener noreferrer" target="_blank"><力傳感器： 應變和壓電兩種測量技術
