基于PVDF压电薄膜的入水冲击压力测试技术.pdf

Vol.43,No.5
SHIPSCIENCEANDTECHNOLOGYMay,2021

基于PVDF压电薄膜的入水冲击压力测试技术

张哲，李振旺，吴文婷，李巍，李博

(中国船舶科学研究中心，江苏无锡214082)

摘要：本文针对入水冲击压力测试问题展开研究，自行设计了基于PVDF压电薄膜的传感器和用于标定该
传感器的立式Hopkinson压杆标定系统，对PVDF压电薄膜传感器进行标定。在此基础上进行入水冲击压力测试试
验，测得了不同入水速度下的入水冲击压力，并结合数值计算的结果对试验数据进行了对比验证，基本验证了基于
PVDF压电薄膜的入水冲击压力测试技术的可行性。本文研究成果可以为射弹入水冲击压力的预报及测试提供一种
技术手段，为结构设计提供一定基础。

关键词：PVDF；压电薄膜；Hopkinson压杆；入水冲击压力

中图分类号：TP212文献标识码：A

文章编号：1672-7649(2021)05-0020-04doi：10.3404/j.issn.l672-7649.2021.05.004

ResearchonthetesttechnologyofwaterimpactpressurebasedonPVDF

ZHANGZhe,LIZhen-wang,WUWen-ting,LIWei,LIBo
(ChinaShipScientificResearchCenter,Wuxi214082,China)

Abstract:Inthispaper,thetesttechnologyofwaterimpactpressureisstudied.ThesensorbasedonPVDFandSHPB
usedtocalibratethesensoraredesigned.ThePVDFpiezoelectricfilmsensoriscalibrated.Onthisbasis,thetestofwater
impactpressureiscarriedout.Theimpactpressureunderdifferentwaterentryvelocitywasmeasured.Theexperimentaldata
arecomparedwiththenumericalresults.Itbasicallyverifiedthefeasibilityofthewaterimpactpressuretesttechnology
basedonPVDFpiezofilm.Theresearchresultsofthispapercanprovideatechnicalmeansforthepredictionandtestofthe
waterimpactpressureofprojectiles.Itcanprovidefoundationforstructuraldesign.

Keywords:PVDF；piezofilm；SHPB；waterimpactpressure

0引言设计的压电薄膜标定装置和试验装置，验证了利用
PVDF压电薄膜传感器进行入水冲击压力测试的可行
超空泡射弹武器作为新一代水下防御武器，可弥
性，并采用数值模拟方法对试验工况进行了仿真。
补水下防御手段的不足，特别是搭载超空泡射弹武器
后的直升机，具备水下40m范围内的快速扫雷能力。1PVDF压电传感器原理
然而，高速射弹入水瞬间，水面处的水介质受到
PVDF(PolyvinylideneFluoride,聚偏二氟乙烯)是一
压缩产生压缩波，在水中以声速向四周传播，同时射
种具有强压电效应的材料，被广泛应用于传感器中，
弹沾水表面会受到水介质产生瞬时的冲击压力，该冲
由PVDF压电薄膜制成的传感器具有质量轻、灵敏度
击压力峰值非常高，根据文献估算一現当入水速度
高、柔韧性好等优良特性，同时其频响范围较宽(0.015-
为100-500m/s时，冲击压力峰值可达10~50MPa。109Hz)[4-8],可对高频振动冲击信号进行测量。当
冲击压力峰值在弹体结构内传播，可能引起沾水表面PVDF压电薄膜受到外力作用时，薄膜表面会在外力
变形破坏，甚至出现结构局部断裂，无法有效打击目作用下发生变形，材料内部正负电荷中心产生相对位
标。因此，在设计阶段，对射弹入水冲击压力的预报移，由于PVDF压电薄膜的晶体本身对称性不高，导
及测试是其研发阶段的关键技术之一。致压电薄膜表面发生极化，分别带有极性相异的电荷，
针对入水冲击压力测试问题，本文基于PVDF压电荷密度与压电薄膜受到的压力成正比，这种效应即
电薄膜传感器建立入水冲击压力测试技术，利用自行为"压电效应”[5]o根据压电效应原理可知，PVDF压

收稿日期:2020-04-27
作者简介：