IDE壓電元件及其在仿生翼中的應用研究.pdf

1、壓電驅動元件目前已經(jīng)廣泛應用于智能材料結構之中，但是由于其驅動位移比較小，平面內(nèi)各向同性等缺點，難以滿足實際需要。為了促進智能材料結構的實用化，必須對其進一步研究。
　　 交叉指形電極IDE(Interdigitated Electrodes)壓電元件是一種采用新型電極技術的壓電驅動元件。元件充分利用了縱向伸縮壓電效應和較大的壓電常數(shù)，不但使元件驅動應變的提高成為可能，而且元件具有了平面內(nèi)的正交異性。作為驅動元件，能夠在特定方向

2、上施加力或變形，適合在撲翼飛行器中的應用。
　　 撲翼飛行器作為一種具有復雜的運動方式，集多種前沿技術為一體的微型機器人系統(tǒng)，無論在軍事還是在民用領域都有廣闊的應用前景。圍繞IDE 壓電元件和撲翼飛行器仿生翼的控制，展開了相應的研究。
　　 本文的主要研究成果和創(chuàng)新點包括：
　　 1.建立了利用縱向長度伸縮壓電效應的壓電元件的本構關系方程；基于拉格朗日函數(shù)和哈密爾頓原理，推導了壓電元件的動力學有限元方程；

3、　　 2.利用有限元法對AFCs/MFC元件的力學和電學性能進行分析，給出了應力、應變和電場分布圖，得到了組分材料和結構參數(shù)對元件應力、應變和靜電場分布的影響關系，在此基礎上給出了AFCs/MFC 元件的優(yōu)化設計；另外，建立了單一材料IDE 壓電元件的均勻場模型和有限元模型，對其進行了力學性能分析，得到其應力和應變分布狀態(tài)，找出了一些規(guī)律；
　　 3.制備了單一材料IDE 壓電元件，用有限元諧響應分析法和阻抗試驗法研究了其諧振

4、頻率和溫度穩(wěn)定性，檢測了元件在機械自由狀態(tài)下的變形性能，研究了極化工藝對元件自由變形性能的影響，給出了最優(yōu)極化工藝條件；
　　 4.系統(tǒng)分析了撲翼飛行器設計中的尺度律問題和昆蟲翅膀產(chǎn)生高升力的機理；建立了撲翼飛行器和仿生翼的運動方程，推導了撲翼飛行器和仿生翼的速度與加速度方程，對仿生翼氣動力進行了理論分析和仿真研究；
　　 5.設計了拍動結構和集成MFC 元件的仿生翼，并對集成MFC元件的仿生翼進行了初步的試驗研究，給出