Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wytwarzanie materiału BCT o właściwościach piezoelektrycznych w celu zastąpienia zawierającego ołów materiału PZT

Gromada Magdalena

Rynek Energii

|

2023

|

Nr 5

43--46

PL

Obecnie w przemyśle występuje silna potrzeba opracowania bezołowiowych materiałów piezoelektrycznych do zastosowań w energetyce, elektronice i medycynie. W pracy przedstawiono technologię wytwarzania proszku i tworzywa perowskitowego tytanianu wapniowo-barowego (BCT) wykazującego właściwości piezoelektryczne. Określono najważniejsze właściwości proszku BCT pod względem składu fazowego, morfologii, porowatości proszku, rozkładu wielkości cząstek i analizy termograwimetrycznej. Opracowano parametry w procesie formowania tworzywa metodą prasowania jednoosiowego i doprasowywania izostatycznego. Zoptymalizowano parametry wypalania tworzywa w celu uzyskania odpowiedniego poziomu zagęszczenia przy zapewnieniu jak najmniejszych wielkości ziaren w tworzywie. Wyznaczono wszystkie wymagane parametry uzyskanego materiału po wypaleniu tj.: skład fazowy, stopień zagęszczenia, mikrostruktura, współczynnik rozszerzalności cieplnej, wytrzymałość na zginanie, twardość i odporność na kruche pękanie. Uzyskane wyniki badań wskazują, że materiał ten może z powodzeniem zastąpić powszechnie stosowany PZT, zawierający w swym składzie nieprzyjazny dla środowiska ołów.

EN

Presently, there is a strong need in the industry to develop lead-free piezoelectric materials for applications in power engineering, electronics and medicine. This paper presents a technology for the production of perovskite calcium barium titanate (BCT) powder and material with piezoelectric properties. The most important properties of the BCT powder in terms of phase composition, morphology, powder porosity, particle size distribution and thermogravimetric analysis, were determined. Parameters in the forming process by both uniaxial and isostatic pressing were developed. The parameters of material sintering were optimized in order to obtain the appropriate level of compaction While ensuring the smallest grain sizes in the material. All required parameters of the obtained material after sintering were determined, i.e. phase composition, densiﬁcation degree, microstructure, coefﬁcient of thermal expansion, bending strength, hardness, and fracture toughness. The obtained results indicate that this material can successfully replace the commonly used PZT, which contains environmentally unfriendly lead.

2

The Multicomponent PZT-Type Ceramics for Micromechatronic Applications

Bochenek D., Niemiec P., Adamczyk M., Skulski R., Zachariasz R., Wodecka-Duś B., Machnik Z.

Archives of Metallurgy and Materials

|

2017

|

Vol. 62, iss. 2A

667--672

EN

In the paper two compositions of the multi-component PZT-type ceramics admixtures by Mn4+, Sb3+, W6+, Ni6+ were presented. The ceramic powders were synthesized by the calcination of powders while their densification was carried out by free sintering method. The dielectric, ferroelectric, piezoelectric studies and DC electrical conductivity of the multicomponent PZT-type samples were presented. The results of the multi-component ceramics predispose these type materials in micromechatronic and microelectronic applications for example as element of the actuators.

3

Propagacja fali w uszkodzonym piezoelektrycznym pręcie warstwowym

Rzepka J., Kubik J.

Roczniki Inżynierii Budowlanej

|

2009

|

z. 9

89--92

EN

The problem of propagation of waves in a stratified bar with damage is analysed in yhe work. One gives a formulation of wave equations for a stratified bar which is composed of structural material and piezoelecric element. The piezoelecric element is considered here as a sensor determining value of global damage parameter of structural material.

4

Zastosowanie piezoelektryków do generowania sił wewnętrznych w układach nieliniowych

Przybylski J., Gąsiorski G.

Modelowanie Inżynierskie

|

2009

|

T. 7, nr 38

167-174

PL

Praca dotyczy zastosowania elementów piezoceramicznych do generowania sił wzdłużnych w belkach z zamocowaniem końców uniemożliwiających przemieszczenia wzdłużne. Badany układ składał się z obustronnie utwierdzonej duraluminiowej belki o przekroju prostokątnym i dwóch piezoaktuatorów umocowanych symetrycznie po obu stronach tej belki. Zbadano wpływ siły generowanej przez piezaktuatory na siłę rezydualną występującą w belce. Wyniki badań eksperymentalnych przeprowadzonych na specjalnie skonstruowanym stanowisku posłużyły do weryfikacji wyników badań numerycznych z rozwiązania zadania na podstawie opracowanego modelu matematycznego. Dalsze badania numeryczne dotyczyły wpływu długości piezoceramików i ilorazu sztywności na ściskanie piezosegmentu do sztywności belki nośnej na generowaną siłę rezydualną. Wyznaczono także napięcie krytyczne, przy jakim belka może utracić stateczność bez udziału obciążenia zewnętrznego.

EN

In this work the influence of the voltage applied to two ceramic piezoactuators collocally bonded to a duralumin beam of the rectangular cross section with both clamped ends, on the axial force generated along this beam have been studied. Performed numerical investigation on the basis of prepared mathematical model have been verified with those obtained from the experimental analysis done on a specially designed stand.

5

Modeling and simulation of piezoelectric elements - comparison of available methods and tools

Staworko M., Uhl T.

Mechanics / AGH University of Science and Technology

|

2008

|

Vol. 27, no. 4

161-171

EN

The paper presents an overview of modeling techniques of piezoelectric elements and a comparison of a software for simulation mechanical and electro-mechanical systems with a piezoelectric transducer. The described models are applied to simulate a two degrees-of-freedom mechanical system with passive damping, a two-layer and multi-layer piezoelectric bimorph. The results of simulations preformed by the use of the presented software packages are being discussed.

PL

W pracy dokonano przeglądu metod modelowania elementów piezoelektrycznych. Porównano oprogramowanie umożliwiające symulację układów mechanicznych i elektryczno-mechanicznych zawierających przetwornik piezoelektryczny. Omówione modele użyto do symulacji układu o dwóch stopniach swobody z biernym tłumikiem drgań, dwuwarstwowej i wielowarstwowej belki piezoelektrycznej. Przeprowadzono dyskusję wyników symulacji wykonanych z użyciem zaprezentowanego oprogramowania.

6

A Dynamic Piezoelectric Contact Problem

Barboteu M., Sofonea M.

Machine Dynamics Problems

|

2008

|

Vol. 32, No. 1

23-32

EN

We consider a mathematical model, which describes the dynamic process of contact between a piezoelectric body and an electrically conductive foundation. The material's behavior is modeled with a nonlinear electro-viscoelastic constitutive law; the contact is frictionless and is described with the normal compliance condition and a regularized electrical conductivity condition. We state the variational formulation for the problem, and then we introduce a fully discrete scheme, based on the finite element method to approximate the spatial variable and the backward Euler scheme to discretize the time derivatives. We implement this scheme in a numerical code and, in order to verify its accuracy, we present numerical simulations in the study of a two-dimensional test problem.

7

Sound insulation analysis of plates with piezoceramic elements

Kozupa M., Batko W., Pietrzko S.

Mechanics / AGH University of Science and Technology

|

2007

|

Vol. 26, no. 4

169-173

EN

This paper represents general idea research to the possibilities of increasing sound insulation of plates by active control it’s vibration through piezoceramic elements placed on the plane. In the preliminary research a rectangular plate 455x560 mm made of steal was analyzed. Sound insulation measurement was executed on a specialized enclosure in reverberation chamber. A PZT piezoceramic was proposed to control vibration of the plate.

PL

Praca przedstawia ogólną koncepcję badań dotyczących analizy możliwości zwiększenia dźwiękoizolacyjności przegród poprzez aktywne sterowanie ich drganiami za pomocą elementów piezolektrycznych rozmieszczonych na ich powierzchni. We wstępnych badaniach analizowano zachowania przegrody w postaci płyty prostokątnej o wymiarach 455 x 560 mm, wykonanej z blachy stalowej. Pomiary dźwiękoizolacyjności wykonano na specjalizowanym stanowisku w komorze pogłosowej. Do sterowania drganiami przegrody zaproponowano elementy piezoceramiczne PZT-4D.

8

Identification of flexible structure model for piezoelectric vibration control

Gosiewski Z.

Mechanics / AGH University of Science and Technology

|

2005

|

Vol. 24, no. 2

61-67

PL

W artykule opisano badania eksperymentalne aktywnego układu tłumienia drgań na przykładzie konstrukcji modelowanej jako belka. Elementem pomiarowym i elementem wykonawczym są wstęgi piezoelektryczne. W wyniku zastosowanej procedury identyfikacyjnej otrzymano model matematyczny układu otwartego. Różni się on w sposób istotny od znanych modeli analitycznych. Zaprojektowano dwa prawa sterowania. Dla jednego z nich zbadano eksperymentalnie działanie aktywnego układu tłumienia drgań. Wykazano, że poprawnie przeprowadzony proces identyfikacji dynamiki obiektu w znakomity sposób upraszcza proces projektowania układu sterowania drganiami.

EN

Modern structures are light and compliance. Therefore, they are strongly influenced by external and internal perturbations. To reduce the structure vibrations the active vibration controls systems are designed. When active control of flexible structures is sought, three items must be individually and simultaneously considered. 1) The creation of reduced-order models. 2) Placement of sensors and actuators. 3) Countermeasures for spillover. All these problems are particularly important in the case of active system with parameter-distributed piezoelectric sensors and actuators. The glued piezoelectrics and their amplifiers change the structure parameters and should be taken into account in the model of the open-loop system. In the paper we consider an identification method which leads directly to the reduced-order model of the open-loop system. Analytical and experimental investigations were carried out for flexible beam with fixed one end and with opposite free end. Piezoelectric strips were glued on both sides of the beam: one works as a sensor and second one as an actuator. It means that we have designed single input single output system. It is appeared that used amplifier works as a low-pass filter which cuts-off the high-frequency dynamic effects. The frequency response function (FRF) was recorded and model of open-loop system was adjusted to experimental results. Taking into account the theory of reduced-order model of flexible structures we can state that resonances are connected with poles while anti-resonances with zeros of system transfer function. The resonance and anti-resonance frequencies were used directly in the model while damping coefficients were calculated by using of the least-square sum method. In the next step some control laws were used to damp the vibration of the beam. The proper control law was chosen with help of computer simulations. The active control loop rapidly accelerates the vanishing of the impulse-excited transient vibrations of the structure. Experimental results confirmed the analytical considerations.

9

Active damping of transverse vibration using distributed piezoelectric elements

Pietrzakowski M.

Prace Naukowe Politechniki Warszawskiej. Mechanika

|

2004

|

z. 204

3--96

EN

The problems relating to the active damping of flexural vibration of beam and plate structures are presented and discussed in the work. The closed-loop control strategy applied is based on using piezoelectric patches or layers surface bonded or embedded within the host structure. Besides the monolithic piezopolymer or piezoceramic materials, hybrid composites containing aligned piezoceramic fibers are implemented and their advantages for structural vibration control shown. Two types of piezocomposites are considered: the classic with the transverse electric field and poling direction, and the modern type polarized and electrically supplied along the fibers. The effective electromechanical properties of piezocomposite materials are estimated using the uniform fields method. The first part of the work deals with the active control of beam-like structures. The models of coupled electromechanical behaviour are established within the static and the dynamic approach, and developed involving system geometry, cross-sectional stress distribution, local stiffening effect, and also the properties of bonding layers. The comparison of numerical results shows the effects of model simplifications on the control beam response. To improve the control system efficiency modal control concepts based on surface electrode tailoring and the use of multiple independently driven piezoelectric segments are formulated and numerically investigated. The experimental verification, which is accomplished for active damping of the cantilever beam vibration, proves in practice the effectiveness of collocated control and the correctness of the applied models of the system. The second part of the work is concerned with the flexural vibration control of rectangular laminated plates. Besides system modeliing, the efforts are aimed at the operational improvement of the activated plate acrueved by the spatial arrangement of the active elements including material axes orientation, and also the use of piezocomposite instead of monolithic materials. Considering piezocomposite patches or layers, the influence of the piezoceramic fiber distribution scheme, the fiber volume fraction, the fiber orientation and poling direction on the control system efficiency, and also the ability to suppress selected vibration modes, are demonstrated and discussed.

PL

Praca dotyczy zagadnienia aktywnego tłumienia drgań giętnych ukladów belkowych i plytowych. W przedstawionej koncepcji sterowania zastosowano piezoelektryczne elementy pomiarowe i wykonawcze w formie łat lub warstw przyklejonych do powierzchni lub zanurzonych w kompozytowej strukturze układu glównego. Oprócz jednorodnych pod względem składu materialów piezoelektrycznych z grupy polimerów lub ceramik, zastosowano hybrydowe kompozyty z piezoelektrycznymi włóknami, wykazując ich szczególne zalety w sterowaniu drganiami strukturalnymi płyt laminowanych. Rozpatrzono dwa rodzaje piezoelektrycznych kompozytów: klasyczne o poprzecznej polaryzacji włókien i zewnętrznym polu elektrycznym wzdluż grubości warstwy, oraz kompozyty nowego typu, w których pole elektryczne i polaryzacja mają kierunek wlókien. Efektywne elektromechaniczne właściwości hybrydowych kompozytów oszacowano na podstawie metody jednorodnych pól. W pierwszej części pracy skoncentrowano się na sterowaniu drganiami układów belkowych. Sformułowano modele oddziaływania elektromechanicznego elementów aktywnych, przyjmując jako podstawę związki statyczne, a w przypadku zaawansowanych modeli - zależności dynamiczne. W ramach analizy rozwinięto uproszczone modele układu, uwzględniając jego geometrię oraz rozkład naprężeń w przekroju obszaru aktywnego, lokalną zmianę sztywności i masy, a także lepkosprężyste właściwości warstwy łączącej elementy piezoelektryczne z układem bazowym. Porównując wyniki obliczeń, przedstawiono wpływ stosowanych uproszczeń modelu na reakcję dynamiczną układu. W celu zwiększenia skuteczności w zakresie sterowania wybranymi postaciami drgań, sformułowano i zastosowano strategię sterowania modalnego polegającą na odpowiednim ukształtowaniu elektrod powierzchniowych lub użyciu zestawu niezależnie działających par elementów piezoelektrycznych o przestrzennej konfiguracji dobranej do wymaganego efektu dynamicznego. Koncepcja aktywnego tłumienia drgań przy pomocy elementów piezoelektrycznych została zweryfikowana doświadczalnie na przykladzie drgań belki wspornikowej, potwierdzając jednocześnie efektywność układu sterowania. Porównując wyniki eksperymentu i symulacji cyfrowej, wykazano poprawność stosowanych matematycznych modeli układu. Druga część pracy dotyczy sterowania drganiami prostokątnych płyt laminowanych. Obok zagadnienia modelowania układu, celem analizy jest uzyskanie pożądanych charakterystyk dynamicznych płyty w wyniku doboru przestrzennej organizacji elementów aktywnych, włączając orientację osi właściwości materiałowych, a także stosując hybrydowe kompozyty zamiast jednorodnych materiałów piezoelektrycznych. W przypadku kompozytowych łat lub warstw przedstawiono wpływ sposobu rozmieszczenia włókien piezoelektrycznych w osnowie, ich udziału objętościowego i orientacji względem osi płyty oraz kierunku polaryzacji na efektywność sterowania, ze szczególnym uwzględnieniem redukcji amplitud wybranych form drgań.

10

Electric properties of ice near solidification and melting temperature

Rusiniak L.

Acta Geophysica Polonica

|

2004

|

Vol. 52, nr 3

363-380

EN

The dielectric permittivity, conductivity and loss tangent of ice were measured for different thicknesses of the sample (0.1-4 mm). In this investigation, the measurement of thin samples can be treated as a laboratory test of surface proper-ties and that of thick samples as a test of bulk properties. The measurements were carried out from 3.5 to -13.5°C with descending and growing temperature. Two domain Debye resonances were observed. The one at low frequency is interpreted as being associated with transversal mode, and the other, at higher frequency, is associated with longitudinal mode of proton domain. The resonance frequencies depend on sample size and temperature. Temperature hysteresis of resonance frequencies was observed. As the temperature grows starting from low temperature, the resonance frequencies move towards each other and finally the two modes join to form one mode. The dielectric constant associated with transversal mode is higher than 104. The dielectric constant associated with longitudinal mode is about 102. The dipole dielectric constant vanishes after solidification. As the temperature grows, the di-pole dielectric constant grows too. Oscillation of dielectric permittivity and conductance for a small value of oscillator level was observed. The experimental data show that ice could be both a ferroelectric and a piezoelectric material.