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压电超声换能器是超声领域中最重要的功能器件,作为压电超声换能器的重要组成部分——压电材料,其性能的提高对促进压电超声换能器的革新发展起决定性作用。1-3型压电复合材料具有低声阻抗、小介电常数、高机电耦合系数等诸多优点,已经成为压电超声换能器的理想材料。由两相材料组成的1-3型压电复合材料,其性能与多种因素有关,因此有必要研究各种因素对1-3型压电复合材料性能的影响。首先,介绍了1-3型压电复合材料的应用背景及概念,对此材料的常用制备方法、工艺和性能的主要优点进行了总结。通过研究1-3型压电复合材料的国内外发展现状,综述了1-3型压电复合材料常用的两种理论模型,并且对两种模型的优缺点进行了分析。其次,介绍了常用的压电材料、压电本构方程及与1-3型压电复合材料相关的理论。以均匀场理论为前提条件,用串并联结构模型模拟1-3型压电复合材料结构,结合压电本构方程,建立了1-3型压电复合材料的等效压电方程,推导出了1-3型压电复合材料等效性能参数的计算公式。还建立了压电弹性体的有限元离散化方程。依据方程,利用ANSYS软件建立了1-3型压电复合材料有限元仿真模型。随后,以1-3型压电复合材料等效参数模型和有限元模型为理论基础,利用MATLAB GUI平台开发了以MATLAB和ANSYS为内核的1-3型压电复合材料性能分析软件,并重点研究了仿真软件与内核软件的接口问题。用仿真软件对复合材料进行了仿真,比较分析上述两种模型的计算结果。最后,利用开发的仿真软件对1-3型压电复合材料性能进行仿真研究,利用仿真结果分析了组成材料对压电复合材料相对介电常数、声阻抗率、纵波波速、厚度机电耦合系数的影响。还分析了压电小柱宽厚比对模态、表面位移、谐振与反谐振频率、厚度机电耦合系数的影响。通过分析发现,压电相体积分数、压电相小柱宽厚比是影响1-3型压电复合材料性能的主要因素,分析结果能够为1-3型压电复合材料的应用提供理论指导。