PVDF在瞬态压力测试中的应用研究

论文摘要

PVDF薄膜作为一种新型高分子材料,具有优异的压电性能和物理特性,在传感器领域具有广阔的应用前景。本文以PVDF作为研究对象,对其进行了相关的研究和应用,具体包括以下几个方面。1、通过脉冲压力发生装置产生液体脉冲压力,研究PVDF在厚度工作模式下的动态特性。制作PVDF压力传感器,借助标准的压阻传感器,测得传感器的灵敏度、计算出灵敏度的不确定度,获得了PVDF压力传感器输出线性度；通过比较PVDF压力传感器和标准的压阻传感器响应信号在时域和频域上的相关参数,证实PVDF压电薄膜具备测量动态压力的能力。2、以等强度梁为实验平台,搭建应变测量系统,研究PVDF在拉伸工作模式下的特性。实验获得了PVDF和电阻应变片的响应输出,并通过对等强度梁理论应变输出和PVDF实际应变输出做出对比,证实PVDF具有测量结构应变的能力。3、根据多孔材料具有减震和吸收冲击能量的特点,制备以泡沫铝为夹心的三种复合结构。在冲击加载的实验条件下,应用PVDF压电传感器测量复合结构层间载荷的衰减,并通过与数值仿真结果对比,证实PVDF具备测量复合结构层间载荷衰减的能力。4、对测量伴随温度场的气流冲击压力场应用背景下,试验了PVDF压力传感器隔热方法。通过温度传递理论对隔热膜的隔热效果进行理论分析,并通过两个验证性试验分析了隔热膜对传感器的热隔绝效果和对输出信号的影响。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的背景意义
• 1.2 PVDF压电薄膜相关原理和工作模式
• 1.2.1 PVDF压电薄膜特性
• 1.2.2 PVDF压电方程
• 1.2.3 PVDF的测量电路
• 1.2.4 PVDF压电薄膜工作模式
• 1.3 PVDF压电薄膜国内外研究应用综述
• 1.3.1 PVDF国内研究与应用进展
• 1.3.2 PVDF国外研究与应用进展
• 1.4 本文主要工作
• 2 PVDF压电薄膜的动态压力感知特性
• 2.1 引言
• 2.2 PVDF压力传感器的制作
• 2.3 动态压力测试系统的建立
• 2.3.1 液体脉冲压力发生装置
• 2.3.2 信号调理设备
• 2.3.3 压阻传感器
• 2.3.4 实验测试系统的搭建
• 2.4 实验结果与讨论
• 2.4.1 PVDF压力传感器的灵敏度
• 2.4.2 信号的响应
• 2.4.3 PVDF压电薄膜的时域动态特性
• 2.4.4 PVDF压电薄膜的频域特性
• 2.5 本章小结
• 3 PVDF压电薄膜应变感知特性
• 3.1 引言
• 3.2 PVDF压电薄膜的应变感知机理
• 3.3 PVDF薄膜应变测量实验
• 3.3.1 实验方案
• 3.3.2 实验装置
• 3.3.3 实验结果分析
• 3.4 本章小结
• 4 PVDF在多孔材料复合结构测试中的应用
• 4.1 引言
• 4.2 多孔材料复合结构的应用背景
• 4.3 实验方案
• 4.3.1 多孔材料复合结构的制备和PVDF传感器的安装
• 4.3.2 动态加载实验描述
• 4.3.3 实验测试系统的搭建
• 4.4 实验结果与分析
• 4.4.1 多孔材料复合结构对压力载荷峰值的衰减
• 4.4.2 多孔材料复合结构对冲击加速度的衰减
• 4.5 多孔材料复合结构衰减冲击压力载荷峰值的有限元分析
• 4.5.1 LS-DYNA简介
• 4.5.2 多孔材料复合结构有限元模型的建立
• 4.5.3 复合结构的加载与求解
• 4.5.4 有限元分析结果与讨论
• 4.6 本章小结
• 5 PVDF应用于伴随温度场的气流冲击压力场测试的探究
• 5.1 引言
• 5.2 PVDF压电传感器的防热方法
• 5.3 薄膜受热流作用表面温升的理论计算
• 5.3.1 固体中热传导的基本方程式
• 5.3.2 单层板温升场的理论基础
• 5.3.3 薄膜隔热效果的理论计算
• 5.4 PVDF传感器隔热膜的选择
• 5.5 验证试验
• 5.5.1 隔热膜对信号的损耗分析
• 5.5.2 隔热膜的热防护作用
• 5.6 本章小结
• 6 全文工作总结
• 6.1 本文完成的工作
• 6.2 存在的不足及展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录