|
| |
|
|
Odhad parametrů prvků v náhradním elektrickém obvodě piezoelektrického rezonátoru
Ryšavý, Lukáš ; Majzner, Jiří (oponent) ; Sedlák, Petr (vedoucí práce)
V rámci této práce je vytvořeno jednoduché měřící pracoviště včetně řídícího softwaru pro odhad parametrů jednotlivých prvků v Masonově náhradním elektrickém obvodě piezoelektrického rezonátoru. Na základě přímého měření vzorků jsou stanoveny hodnoty faktoru kvality rezonátoru, sériové a paralelní rezonance a hodnota odporu v sériové větvi, zbývající hodnoty jsou vypočteny. Software je implementován v prostředí C++ Builder. Experimentální stanovení parametrů náhradního obvodu a jejich ověření bylo provedeno na několika vzorcích krystalových a keramických rezonátorů. Experimentálně naměřené křivky jsou v dobré shodě se simulovanými křivkami s nízkou hodnotou relativní chyby. Toto měřící pracoviště bude sloužit pro vědecké účely ústavu fyziky VUT FEKT.
|
|
|
Výpočtová analýza elektro-mechanických charakteristik feroelektrického/dielektrického kompozitního materiálu
Vítek, Tomáš ; Marcián, Petr (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Předložená diplomová práce se zabývá výpočtovým modelováním keramických feroelektrických/dielektrických částicových kompozitů. V rešeršní části je vysvětlen princip piezoelektrického jevu, popsány veličiny definující piezoelektrické chování materiálu a uvedena charakteristika běžně používaných piezoelektrických materiálů včetně zmíněných feroelektrických/dielektrických kompozitů. Výpočtová část práce začíná homogenizací částicových kompozitů sestávajících z feroelektrické matrice a dielektrických částic. Otestovány jsou dostupné analytické modely pro stanovení efektivních elektro-mechanických vlastností kompozitu, dále jsou v programu Ansys Mechanical APDL sestaveny parametrické konečnoprvkové modely částicového kompozitu. Je zde popsán algoritmus tvorby těchto modelů a vysvětlen postup výpočtu příslušných efektivních vlastností kompozitu na základě získaných výsledků. Následně jsou výsledky dosažené analytickými a konečnoprvkovými modely porovnány a je posouzena použitelnost zvolených analytických modelů v závislosti na parametrech kompozitu. Poté jsou s využitím sestavených konečnoprvkových modelů provedeny citlivostní analýzy, prostřednictvím kterých vyhodnoceno, jakým způsobem ovlivňují určité geometrické a materiálové parametry efektivní elektro-mechanické vlastnosti kompozitu. Tyto vlastnosti predikované metodou konečných prvků jsou v další části práce konfrontovány s poskytnutými výsledky experimentů. Následuje výpočtová analýza zbytkových napětí zanesených do kompozitu během sintrování, jejímž výstupem jsou doporučení pro výrobu těchto kompozitů, které by měly vést ke snížení zbytkových napětí a tedy i rizika vzniku trhlin. Na závěr jsou navrženy a analyzovány různé designy feroelektrického/dielektrického kompozitu vyrobitelné metodou 3D tisku, prezentované výsledky mají za cíl sloužit jako základ pro budoucí výzkum.
|
|
|
Energy Dispersive X-Ray Spectroscopy Of Doped PVDF Fibers
Smejkalová, Tereza
This work aims to further improve properties of Polyvinylidene fluoride (PVDF), one ofthe most promising electroactive polymers, by the inclusion of powders of piezoactive materials.PVDF was formed by electrospinning into fibres with a thickness of 0.5 – 1.5μm and then examinedin a scanning electron microscope including energy-dispersive X-ray spectroscopy. The obtainedproperties of doped PVDF could be used in the design of sensors. Before that, it is essentialto perform a series of analysis to support or deny the use of adjusted fibres for sensor design.
|
|
|
Energy dispersive X-ray spectroscopy of doped PVDF fibers
Smejkalová, Tereza ; Papež, Nikola (oponent) ; Sobola, Dinara (vedoucí práce)
This diploma thesis focuses on a flexible energy harvesting system based on piezoelectric polymer polyvinylidene fluoride (PVDF) with an emphasis on manipulating and optimising the properties and performance. By incorporating powders of piezo-active ceramics, the properties of piezoelectric polymer PVDF could be significantly improved and converted into useful electrical energy. PVDF was formed by electrospinning into fibres with a thickness of 1.5-0.3 µm and then studied with various analytical methods. This work offers a description of electrospinning, a preparation of samples for examination and a theoretical introduction to the analytical methods to which the samples were subjected. The morphology and distribution of the nanostructured ceramics into the PVDF polymer matrix was observed by scanning electron microscopy (SEM) and energy-dispersive Xray spectroscopy (EDX). For the formation of phase and detailed phase composition, the samples were comprehensively characterised by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR). The work also contains analysis in Raman spectroscopy, a method used to identify and compare chemical compounds. The electrical characteristics were studied by dielectric spectroscopy and the correlation with composition is provided. Individual components of doped fibres are characterised and discussed relating to their future use in sensors.
|
|
|
Ovladač tříosého nanometrického manipulátoru
Pernica, Lukáš ; Jedlička, Petr (oponent) ; Drexler, Petr (vedoucí práce)
Tato diplomová práce se zabývá popisem piezoelektrického jevu a jeho využití pro polohování s nanometrovou přesností v laboratorním využití. V práci je popsán přímý a nepřímý piezoelektrický jev, různé druhy piezoelektrických aktuátorů a způsoby jejich ovládání se zaměřením na eliminaci jejich hystereze. Cílem je návrh ovladače pro piezoaktuátory v tříosém nanometrickém manipulátoru Thorlabs MAX341/M.
|
|
|
Computational modelling of the layered piezoelectric composites and analysis of their electro-mechanical response upon harmonic vibrations
Machů, Zdeněk ; Profant, Tomáš (oponent) ; Ševeček, Oldřich (vedoucí práce)
Currently, a generation of electric power from alternative sources of energy, especially from ambient vibrations, is becoming a very hot topic. Devices converting mechanical energy into an electrical one are called energy harvesters and are often based on the piezoelectric phenomenon. For the optimal adjustment of such an energy converter in the given application, it is necessary to have its computational model, which is able to describe all key aspects of its operation. Thus, this work focuses on the development of such a complex computational tool, which is able to globally describe the electromechanical response of the studied piezoelectric harvester operating in the form of a cantilever multilayer ceramic beam with piezoelectric layers. Such a multilayer structure is subjected to a kinematic excitation during its operation and also contains thermal residual stresses coming from the manufacturing process. The derived computational model utilizes the classical laminate theory to determine the static electromechanical response of the structure. Hamilton’s variational principle and the theory of beam vibrations were employed to obtain electromechanical response of the structure upon steady-state vibrations. The complex computational model is also capable of estimating the apparent fracture toughness of a given multilayer structure using the weight function method. The output of derived computational model is validated with FE simulations and available experimental results. This master’s thesis also presents an application of the derived computational model in the optimization of a particular multilayer beam to obtain maximal electrical power output and to maximize its resistance to surface crack propagation and a potential brittle fracture. This goal is achieved by means of a suitable adjustment of thermal residual stresses in particular layers of the considered structure (controlled by used materials and by thicknesses of particular layers).
|
|
|
Sběr energie pomocí MEMS
Klempa, Jaroslav ; Prášek, Jan (oponent) ; Gablech, Imrich (vedoucí práce)
Tato práce se věnuje metodám sběru volné energie z prostředí kolem nás. V první části jsou popsány základní principy přeměny volné energie na energii elektrickou. Navazující část pojednává o piezoelektřině a piezoelektrických materiálech. Převážná většina popisovaných materiálů nachází uplatnění ve výrobě mikrolektromechanických struktur. Další oddíl je věnován literárnímu průzkumu již navržených a vyrobených piezoelektrických energetických harvesterů. Navazující část práce se věnuje simulacím navržených struktur v programu ANSYS® Workbench. Následuje část s popisem výroby struktur a finální část se zabývá jejich charakterizací z hlediska generovaného výkonu.
|
|
|
Evaluation of Fracture Mechanical Parameters for Bi-Piezo-Material Notch
Hrstka, Miroslav ; Materna, Aleš (oponent) ; Náhlík, Luboš (oponent) ; Profant, Tomáš (vedoucí práce)
The presented dissertation thesis deals with evaluation of the leading terms of the Williams asymptotic expansion describing an in-plane electro-elastic field at the tip of piezoelectric bi-material notches and interface cracks using the expanded Lekhnitskii-Eshelby-Stroh formalism in connection to the pure anisotropic elasticity. It is demonstrated that the expanded Lekhnitskii-Eshelby-Stroh formalism with modern Python programming concepts represents an effective theoretical as well as a practical tool for the fracture analysis of piezoelectric bi-materials. The theoretical part of the thesis outlines aspects of anisotropic elasticity and their connection with piezoelectric materials. The governing equations focused on special types of monoclinic piezoelectric materials, which enable decoupling to the in-plane and anti-plane problem, are introduced via the complex potentials. In the practical part of the thesis, the eigenvalue problem of a bi-material notch is proposed in order to determine the singularity exponents as well as the generalized stress intensity factors by application of the two-state -integral. All relations and numerical procedures are applied to the pure anisotropic and subsequently expanded to the piezoelectric fracture problem of bi-material notches and deeply investigated in the numerical examples. A special attention is paid to the change of the asymptotic solution connected with the transition of a very closed notch into an interface crack. Also the influence of arbitrary oriented poling directions upon asymptotic solution is investigated. The accuracy of calculations of the generalised stress intensity factors is tested by comparing the asymptotic solutions with results obtained by the finite element method using a very fine mesh. Finally, the formalism is modified for non-piezoelectric media such as conductors and insulators.
|
|
|
Piezoelektrické rezonátory MEMS pro senzorické aplikace
Klempa, Jaroslav ; Svatoš, Vojtěch (oponent) ; Gablech, Imrich (vedoucí práce)
Tato práce se věnuje základním postupům a procesům při výrobě mikroelektromechanických systémů. Pozornost je věnována materiálovým vlastnostem, depozičním, litografickým a obráběcím procesům. Dále jsou v práci popsány základní principy a aplikace piezoelektrických rezonančních struktur. Praktická část se věnuje simulaci rezonátorů pomocí metody konečných prvků v simulačním prostředí ANSYS® Workbench, jejich výrobě a ověření funkčnosti a přesnosti simulací.
|
host ::
RSS.