交叉指形电极压电纤维复合材料利用纤维形压电相和交叉指形电极,不仅提高复合材料的韧性,而且使复合材料具有各向异性的驱动性能。因此在智能材料与结构中有着广泛的应用前景。有限元法作为一种广泛应用于工程结构设计、力学分析的工具,将它应用于交叉指形电极压电纤维复合材料的性能分析中具有非常重要的意义。本文采用有限元软件 ANSYS,分析了影响交叉指形电极纯陶瓷压电元件和交叉指形电极压电纤维复合材料驱动性能的各种因素和规律。 本文的主要研究内容为: 一、介绍了有限元法及其软件 ANSYS 在压电复合材料分析中的应用,建立了压电复合材料弹性矩阵及其坐标变换方法,分析了在 ANSYS 中压电材料模型的建立过程,提出了求解压电复合材料驱动应变的体积加权法。 二、应用有限元法研究了分支电极中心距、分支电极宽度和压电片厚度对交叉指形电极纯陶瓷压电元件驱动应变和驱动应力的影响规律;作为对比,分析了相同外形尺寸的普通电极纯陶瓷压电元件的驱动应变和驱动应力。 三、应用有限元法研究了纤维外形尺寸、分支电极到纤维表面的距离、纤维间距、分支电极宽度、分支电极中心距对交叉指形电极压电纤维复合材料驱动应变、驱动应力和元件正交异性的影响规律。 四、应用有限元法研究了压电相材料和聚合物基体相材料特性对交叉指形电极压电纤维复合材料元件驱动应力和驱动应变的影响规律。