压电材料能够实现机械能与电能之间的相互转化,在传感和驱动领域有着广泛的应用。单相压电材料较脆,容易发生断裂破坏,因而限制了其工程应用。压电复合材料由压电纤维和较柔软的高分子材料复合,可以克服单相压电材料的缺点。作为驱动器时,传统的压电纤维复合材料由于电场需要穿过基体材料才能达到压电纤维,电场损耗大,因而需要很高的驱动电压,容易导致压电材料被击穿。压电结构纤维复合材料外加电场不需穿过基体材料,克服了传统压电材料的缺点,因而在工程实际中得到了越来越广泛的应用,对其研究具有重要的意义。本论文致力于研究压电结构纤维及其复合材料的性能,主要研究内容如下:(1)利用有限元法计算了两种不同压电材料(PZT-2和PZT-5A)圆柱壳内的电场,给出了电场强度沿径向的分布,讨论了压电圆柱壳内外壁电场强度随压电壳厚度的变化,计算了横截面上的平均电场。有限元结果与近似的理论结果进行了对比,分析了两者电场分布和平均电场的差异,并用有限元软件分析了压电圆柱壳轴向应力。(2)在考虑电极层厚度的基础上,建立了一个预测压电结构纤维有效压电系数的精化模型,推导了有效压电系数的解析表达式,讨论了电极层和压电壳厚度对有效压电系数、夹持力和纵向一阶固有频率的影响。(3)采用多层圆柱壳模型,给出了压电结构纤维复合材料有效压电系数的解析表达式,分析了压电壳厚度、压电结构纤维体积分数和基体柔顺系数等参数对有效压电系数的影响规律。利用有限元软件对压电结构纤维的破坏及影响进行了分析。本论文的研究可为压电结构纤维及其复合材料的性能预测提供有价值的参考。