材料和尺寸参数对Rainbow型压电换能器发电能力的影响

给出了一种多方向振动能量收集装置的设计结构.为研究Rainbow型压电换能器材料、尺寸参数对其发电能力的影响,根据压电材料的机电耦合方程和对换能器的力学理论分析,建立了Rainbow型压电换能器开路电压与输出电能的数学模型.对开路电压模型进行了仿真验证,仿真结果与理论分析一致.对输出电能理论模型的数值模拟分析表明,金属基片的宽度与厚度、换能结构初始曲率半径的增大将会引起换能结构两片压电薄膜输出电能的降低;金属基片长度、压电薄膜宽度的增大将会引起两片压电薄膜输出电能的增加;压电薄膜长度、厚度的增大将会使得两片压电薄膜输出电能先增加后减小;铍青铜基片换能器要优于钢基片换能器;换能器弧形内侧压电薄膜的输出电能都要大于外侧压电薄膜.最后,结合Rainbow型压电换能器的力学分析给出了分析结果的合理解释.     

双程机电耦合效应对压电层合板机电响应的影响

基于一阶剪切变形理论和压电方程,推导了压电层舍板本构方程,得到一个双程压电-机械耦合的有限元模型,它可以对具有任意分布的表面粘贴式或嵌入式压电传感器和驱动器的复合材料层合板的机电响应进行分析。所得算例的计算结果与文献中的实验结果或ANSYS分析结果非常吻合,也显示了在压电传感器有信号输出时,单程压电-机械耦合的有限元模型所存在的误差。     

压电陶瓷管在口罩焊接中作为超声换能器的振动频率分析（英文）

Covid-19爆发后,口罩作为重要个人防护装备,其需求呈爆炸式增长,挑战相关制造业的技术和产能。生产口罩焊接过程中对压电陶瓷换能器的需求亦大幅增加。为保证陶瓷换能器能满足快速生产所需要的技术要求,本文采用瑞利-里茨方法对压电陶瓷进行振动分析,得到最简单的解,并通过选择不同的材料,分析对比它们达到所需频率和能量标准的重要参数。所提出的方法和最终获得的数据结果可供工程师快速开发压电陶瓷传感器,从而在口罩焊接或其他类似材料的焊接中达到标准要求。     

双向电脉冲激励压电超声换能器实验研究

本文对双向电脉冲激励压电陶瓷超声换能器进行实验研究。对两种类型的换能器进行了实验,进而利用迭加原理对换能器所产生的脉冲超声波波形进行了讨论。结果证明,双向电脉冲是激励压电超声换能器比较理想的电脉冲波形,可以得到幅值大、脉冲持续时间短的超声波,有广泛的应用前景。     

纵振型超声振子的设计与有限元分析

利用压电陶瓷的逆压电效应,依据夹心式压电超声换能器的设计理论,设计了一款可用于旋转超声铣削加工的纵振型超声振子。采用PZFLex仿真软件对影响超声振子谐振频率的因素进行了仿真研究,结果表明:超声振子谐振频率随刀具有效长度和过渡圆柱长度的增加而减小,随预紧螺栓长度和后端盖孔深度的增加而增大。根据仿真结果加工了纵振型超声振子,并对振子进行阻抗分析,测得其谐振频率为17.41 kHz,实物测得的谐振频率与仿真模型中预测的误差为5.763 6%。最后,基于实物测得的谐振频率,在200 V电压激励下测得振子输出的纵向振幅为2.016μm,可以满足旋转超声铣削加工的要求,从而验证了模型的有效性,为超声振子的进一步优化设计提供依据。     

外腔式Fabry-Perot光纤传感器的研制及其在智能材料中的应用

在制作外腔式Fabry-Perot干涉 (FPEI) 光纤传感器中,提出并解决了基于抛光光纤端面并在其上镀上多层介质膜的关键技术,从而解决了外腔式Fabry-Perot干涉光纤传感器的干扰和稳定性问题.使探测系统大大简化,传感器性能显著增加,成本下降.本文还首次用模式理论计算了两波的干涉输出光强与位移的关系.最后将FPEI应变传感器贴附在一个分布式智能悬臂梁上,检测到振动频率及轴向应变值,其结果与用压电片监测到的结果完全一致.     

多阵元液体压力激波发生器设计与声场数值模拟

设计了一种多阵元液体压力激波发生器，它由多个压电陶瓷换能器组成，每个换能器经激励产生脉冲超声波，通过球形几何聚焦后。在聚焦区域形成高能、瞬时压力激波。文中用阻抗分析仪和高频扫描激光测振系统对单元换能器进行了基本性能的测试，在此基础上。对单元换能器的声场、激波发生器的声场进行了数值模拟，其结果与声场实测数据基本吻合。该激波发生器具有聚焦效果好、能量可控及结构简单等优点，可用于复合材料打孔及金属表面强化等场合。     

评定复合材料的超声换能器的研制

由于复合材料结构的特殊性，对检测用的超声换能器提出了较高要求。论文系统分析了换能器的振动等效电路和振动方程，详细讨论了影响换能器性能的主要因素，成功研制出了符合使用要求的换能器。     

面外弯曲振动薄板上的除冰剪切应力分布特征研究（英文）

基于压电驱动器激励振动的机械力学式除冰技术是一种重量小和能耗低的新型除冰技术，用于应对航空结冰威胁问题。其中机械振动引起的界面剪切应力和相应结构振动模态是该除冰技术研究中的两个重要方面。寻找合适的振动模态来产生足够的界面剪切应力以提高除冰效率是研究中的重要内容。薄板的振动模态通常用横向轴线和纵向轴线上的反节点数m和n来描述。本文目的是研究不同结构弯曲振动模态下除冰剪切应力的分布特征，从而为基于机械振动的结冰防护系统（Ice protection system, IPS）的详细设计建立目标振动模态的选择依据。通过理论分析和仿真计算，建立了界面剪切应力与结构振动模态参数之间的关系。采用“冰层-平板-压电陶瓷”的有限元分析模型（Finite element model, FEM），仿真计算了不同振动模态下的应力应变水平，并根据仿真和实验结果分析了除冰剪切力的分布特征。最终给出了基于弯曲振动模态参数m和n的特征来确定除冰模态的选择标准。     

横观各向同性压电矩形薄板的非线性振动

由于压电材料在航空航天轻形结构动力控制中的广泛应用，压电结构的非线性机理成为工程界急需解决的问题。为了拓广压电结构的理论基础，本文对于横观各向同性压电矩形薄板，给出了大挠度条件下的应变位移关系，利用Hamilton原理导出了压电矩形簿板的非线性振动方程，并用双重Fourier级数展开和Galerkin方法获得四边简支压电矩开薄板非线性自由振动的解析解，分析了材料参数和几何参数对振动特性的影响。     

加速度计设计的新发展

由于压电加速度计具有某些优点,所以广泛地采用这种传感器准确地测量振动与冲击,但是,实际发现,其测量结果严重地受基座弯曲和温度瞬变这两种环境因素的影响。为此近几年进行了许多结构设计的改进工作。克服基座弯曲的最好结构形式是三角剪切式,即将三块压电元件分别固定在加速度     

大柔性压电梁振动主动控制实验研究与数值模拟

采用独立模态控制法对含压电片柔性梁进行了振动主动控制实验研究,实现了压电柔性梁前三阶振动模态的独立控制。由施加控制前、后的系统响应对比分析知,实施主动控制后,柔性结构的模态阻尼得到了很大的改善,振动抑制效果十分显著。同时利用Hamilton原理,推导含压电片柔性梁的动力学微分方程,对压电柔性梁前三阶振动主动控制进行了数值仿真,并将仿真结果与实验结果进行对比分析,两者的吻合性良好。研究结果表明,利用压电陶瓷作为驱动元件,采用独立模态控制法实现柔性结构的振动抑制是一种非常有效的振动主动控制方法,在航空航天等领域中具有广阔的应用前景。     

具有多点反馈的可控约束层阻尼

讨论了具有可控约束阻尼结构的多点杂交阻尼控制问题，建立了弹性，粘弹性和多个压电片组成的多层复合梁的偏微分方程线，通过模态转换和应用粘弹性材料的振子模型对模型进行减缩。以实际中可测量量作为反馈量进行次优控制，数值模拟说明，提出了控制方式抑制振动效果好，控制电压低，易于实现。     

板料渐进成形超磁致伸缩超声换能器设计及磁场均匀度研究（英文）

设计了一种超磁致伸缩超声换能器,用有限元分析软件对理论设计的超声振动系统进行动力学分析,并对换能器进行了实验测试,验证了理论设计和仿真分析的正确性。为了研究导磁材料厚度对超磁致伸缩材料内磁场均匀度的影响规律,在超磁致伸缩棒与永磁体之间设置导磁材料,对换能器进行了磁场仿真分析。在对换能器进行阻抗分析和振幅测量基础上,对有无导磁材料时换能器的性能进行对比。实验结果表明:在超磁致伸缩材料与永磁体之间设置1.6 mm左右厚的导磁材料时,超磁致伸缩棒内的磁场均匀度最高;添加导磁材料后,超磁致伸缩换能器的输出振幅增大,机械品质因数减小,阻抗减小,使换能器工作更加稳定。     

压电固体作动筒及其在结构中的应用

建立了大位移压电固体作动筒（Ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃ ｉｎｄｕｃｅｄ ｓｔｒａｉｎ ａｃｔｕａｔｏｒ， ＰＺＴ ＩＳＡ）的动力学模型。探讨了压电固体作动筒在结构应用中的力学驱动模型，研究了压电作动筒和结构之间的驱动传递关系，以及在结构应用中获得最大输出位移和最大作用力的匹配关系；研究了利用压电作动筒驱动直升机伺服襟翼的一种初步构想以及机械放大机构，用于替代现有的液压装置，对旋翼进行主动减震降噪。同时在不同的频率及负载下，对压电作动筒的驱动性能进行了实验，并作了讨论。结论表明：利用压电作动筒作为直升机伺服襟翼控制的驱动器件，可以实现对伺服襟翼的主动变形及振动控制。     

压电雾化装置的研究进展（英文）

压电雾化装置具有结构简单、易携带、耗能低、生产成本低及雾化效果好等优点,被广泛应用于吸入治疗、喷墨打印和喷雾冷却等领域。本文首先从理论研究与应用研究两方面对压电雾化装置的研究进展进行综述;然后将现有压电雾化装置的研究与应用进行功能性分类,并分别阐述喷墨打印、喷雾冷却和吸入治疗这三方面的研究结果;最后分析压电雾化装置今后的发展方向,指出振动网孔式雾化器是一种具有市场前景的雾化装置,特别在升级型消费和医疗等应用场景下有广泛需求。     

压电自适应层合板的有限元法分析

如何把压电材料作为复合材料层析的铺层之一，层合板就变成所谓的压电自适应层合板，它除了具有承载能力外，还具有检测，动作等功能。本文用有限元法对压电自适应层合板进行了分析，压电分析的驱动效应被等效为力不载荷。     

低温环境下压电叠堆隔热加热方案设计与分析

在低温风洞试验中,通常采用压电叠堆实现悬臂支杆的振动控制.然而,随着温度的降低,压电叠堆的最大自由位移和最大输出力将显著降低.本文提出了一种方便有效的压电堆加热结构方案,当环境温度下降时,该结构可以使压电堆在工作温度下工作.首先,采用聚酰亚胺加热膜包裹压电叠堆,然后在外部用气凝胶材料包裹以实现隔热目的.压电叠堆的两端与...     

用阻抗均匀过渡法研制高分辨力换能器

分辨力是超声探伤用换能器的关键指标，本文从理论和实验两方面探讨了如何利用机械阻抗均匀过渡法提高换能器分辨力的有关问题。     

不同振动形式下压电俘能结构热弹性耗散研究

通常情况下,压电材料应用于结构中可实现对外界能量的俘获,但是在能量收集过程中,热弹性耗散将对其能量俘获效率产生影响。因此,本文提出了压电俘能结构热弹性耗散特性的研究方法;首先,基于Euler-Bernoulli梁理论,并结合压电结构变形影响时的热传导方程以及压电结构电场方程,推导出在压电热弹性耦合下不同振动形式时结构的控制方程;然后,通过数值计算和仿真分析的方法得出结构的频率漂移及热弹性阻尼的变化,得到了不同振动形式下温度场对压电结构的影响;同时,针对结构几何尺寸对结构热弹性耗散的影响进行了讨论,得到了压电热弹性耦合对压电装置能量俘获的影响。