PLZT陶瓷双晶片的能量传输特性分析

研究了掺镧锆钛酸铅(PLZT)具有的光致伸缩效应的机理,理论分析得出光致伸缩是反常光生伏打效应和逆压电效应的叠加.从材料力学角度推导出双晶片执行器在紫外光照射下产生的最大偏移量和最大驱动力.无机械负载时双晶片在光照下产生最大变形,此时双晶片执行器不对外做功,入射光能一部分损失掉,其余转化成电能和机械能,并存储在双晶片执行器中.双晶片执行器做功的大小与外加机械负载有关,当负载为最大驱动力的一半时,输出的机械能最大.以上分析可应用于光执行器的结构设计,使系统获得最大能量输出.      

压电悬臂梁振动能量收集仿真与试验验证

基于压电陶瓷的振动能量收集器以其结构简单、清洁环保及易于微型化等诸多优点受到广泛关注。利用压电陶瓷的正压电效应,根据机电理论和结构动力学理论,采用模态法建立了压电悬臂梁的双向耦合分布参数模型,仿真分析了外激励频率和外接负载对压电能量收集器输出电压特性的影响,设计制作了铝制悬臂梁,并进行了地面振动和能量收集试验,试验结果与理论仿真吻合较好,验证了理论建模的正确性。试验结果表明,单个压电片的能量收集电压最大为73 V/N。     

二元智能复合材料结构变形分析

提出了嵌入形状记忆合金丝和压电陶瓷片作为联合变形驱动器的二元智能结构,并建立了有限元模型．驱动器镶嵌于层板表面或内部,其中压电陶瓷片作为压电铺层;形状记忆合金丝的驱动力当量为与温度相关的节点载荷．算例比较了不同种驱动方式的变形效果,并进行了试验验证．结果表明在二元智能结构的形状控制中,形状记忆合金丝承受主要的载荷,压电陶瓷片作变形修正,可以发挥各自的优点．      

一种由压电双晶片测量压电材料参数的动态模型

根据悬臂梁式压电双晶片的动态导纳矩阵 ,提出一种压电材料参数动态测试模型 ,用于测量压电双晶片的几个主要材料参数 :压电应变常数d3 1、机电耦合系数k3 1、介电常数εT3 3 、弹性柔顺系数sE11及材料参数的温度特性。这种测量方法不同于通常的由标准试样测量压电材料参数的方法 ,它直接由一种实用元件—压电双晶片 (非标准试样 )测量压电材料的参数。介绍了测试原理、测试步骤及一种实际试样的测试结果。理论与实验结果表明 :这种新的测试方法是可行的。     

三维四向编织复合材料改进模型弹性性能计算

针对三维四向编织复合材料,在改进的矩形截面单胞模型的基础上,考虑了相邻纤维束之间的界面粘结效应,推导了单胞的几何特性与编织工艺参数之间的数学关系,并且采用ANSYS软件建立了实体有限元模型,得到了等效弹性性能参数;之后,分析了各工艺参数对弹性模量的影响规律.通过有限元计算的材料弹性性能常数与试验数据符合较好,较为真实地模拟了该材料的细观结构,对三维编织复合材料的设计和工艺具有一定的参考价值.      

压电陶瓷晶片受迫振动分析及其应用

从基本压电方程出发,推导了压电陶瓷晶片面内受迫振动计算公式,并结合共振实验,提出了一种直接测量压电陶瓷晶片压电常数的方法.与传统的压电常数测量方法相比较,本方法具有许多优点.由于减少了中间环节,测量结果的精度也得到了提高.      

压电复合材料壁板颤振的控制

针对考虑热效应的壁板颤振问题,利用von Karman大变形应变-位移关系、气动力活塞理论和准定常热应力理论建立了埋入压电材料的复合材料板颤振的气动弹性力学模型,使用Bogner-Fox-Schmit单元推导出壁板颤振的非线性有限元方程.将该动力学方程转换到状态空间模型,给出了基于这个非线性模型的最优控制.应用Runge-Kutta方法在时域内对一个四边简支的含压电材料的复合材料壁板颤振的控制进行了仿真,数值结果证明了该方法的有效性.     

液压放大式PZT-DDV建模与控制仿真

研制基于液压位移放大原理的压电陶瓷直接驱动伺服阀(PZT-DDV,Piezoelectric-Direct Drive Valve),实现大流量高频响的要求.分析其结构特点,建立系统数学模型,基于AMESim 和Simulink的协同仿真环境,对其进行仿真控制研究.采用AMESim建立了PZT-DDV的模型和虚拟液压测试系统,利用Simulink建立了数字控制器模型,通过接口组成协同仿真环境.针对PZT-DDV的迟滞、摩擦和液压位移放大结构的负载敏感特性,采用前馈控制改善迟滞,提高动态响应.基于LuGre摩擦力模型以及密闭腔压力监测,采用自适应backstepping方法实现摩擦及负载变化对放大机构输出位移的扰动补偿.仿真结果表明:前馈控制提高了系统的动态性能,自适应backstepping控制方法提高了系统的稳态控制精度.     

可重构柔性多点模具蒙皮拉形模面补偿算法

针对单曲形蒙皮零件,建立了有限元数值模拟的离散模型和等效模型,通过对成形计算时间、垫层变形量和成形零件外形的比较,验证了等效模型的高效性和可靠性.为了消除垫层变形和板料回弹对成形精度的影响,采用有限元等效模型技术,基于位移调整法,提出了先进行板料回弹补偿再进行垫层变形补偿的模面补偿算法,并应用该算法分别对单曲形和双曲形蒙皮零件进行了拉形模面补偿分析.在得到的补偿模面上进行了单曲形和双曲形蒙皮零件成形试验,采用非接触光学测量系统进行数字化测量后,发现成形零件外形误差均在允许范围(±0.5 mm)之内,满足精度要求,验证了该模面补偿算法的有效性.      

压电网络复合板的振动抑制实验研究

主要研究了压电网络系统针对薄板的振动抑制特性,在对压电网络复合板机电耦合动力学方程分析的基础上,通过设计模拟电感电路解决了压电网络复合板振动实验中最优电感值过大的问题,从理论和实验上分析比较了电阻型和电感电阻并联型压电网络复合板振动控制效果及其特点。实验证明采用均匀化处理方法建立的机电耦合动力学方程能够正确预测压电网络复合板的动力学特性,同时实验验证了压电网络的电路模态和压电复合板的机械模态的耦合关系,明确了最优电学参数选取原则,为压电网络复合板的最优参数设计提供了依据。      

热障涂层红外热无损检测的建模和有限元分析

在柱坐标系下以轴对称模型描述热障涂层结构TNDT(Thermal Non-Destructive Testing)的瞬态热传导,建立相应的物理模型.用有限元分析软件ANSYS计算热障涂层结构受热脉冲激励后的温度场,研究TNDT可检信息参数(如最大温差和最大对比度)与脱粘缺陷半径、深度、涂层厚度的关系.结果表明,在涂层厚度一定时,最大温差和最大对比度与脱粘缺陷半径成非线性关系,它们随着缺陷半径的增大而增加,且存在上限饱和值;在缺陷半径一定时,最大温差和最大对比度与涂层厚度成非线性关系,且随着涂层厚度的增加而减小.这些研究结果为热障涂层内部脱粘的红外热无损检测及表征提供了基本理论依据.     

尾流激振情况下叶片强迫响应瞬态分析方法

对叶片强迫响应问题,提出应用瞬态分析的方法,针对转子叶片在前排静子叶片尾流激振情况下的位移和应力进行预估.流场进行全场三维非定常求解,将三维非定常气动力引入转子叶片有限元结构计算中,对尾流激振情况下叶片强迫响应问题进行瞬态分析,比较了不同转速下叶片的强迫响应,得到响应位移及应力变化的分析结果.采用叶片强迫响应瞬态分析方法,从流场的求解到结构响应的求解均应用成熟的通用软件,为工程应用该方法进行尾流激振情况下叶片振动应力预估及阻尼的研究提供了一个可行的方法.      

结构静力响应区间的一种计算方法及工程应用

针对实际工程中广泛存在的物理或几何上的不确定性,提出一种有界不确定性结构静力响应上下确界的有效计算方法,将线形区间方程组转化为两个标准的线性规划问题求解,并给出数学证明.编写与大型有限元软件ANSYS的接口程序和区间运算程序,使区间运算方法和工程有限元软件结合并推广到实际工程领域.以某大跨钢结构建筑为例,对其静力响应区间进行估计.结果表明,该方法可给出与Deif方法一致的精确结果且计算量较之Deif方法大幅降低.基于此算法对ANSYS进行二次开发的接口程序和区间运算程序,可直接用于含有界不确定性参数的实际工程问题中.      

数值模拟激光测振在光纤陀螺设计中的应用

应用有限元单元法对光纤陀螺结构进行了振动摸态仿真,利用Polytec-PS200激光测振仪实现了陀螺的高精度测振.发现振动环境中结构的共振是影响陀螺精度的主要因素之一.验证了合理的结构可有效地提高光纤陀螺在振动环境中的精度——优化后的陀螺在相同振动环境中零漂减小了65％.      

大端接圆柱杆的复合圆锥形变幅杆设计及应用

针对目前国产超声变幅杆耐用性较差的问题,设计一种新型复合变幅杆,满足振幅的条件下,使变幅杆具有较小的工作应力。通过波动方程建立新型复合变幅杆参数方程,着重计算了放大倍数、形状因数及应力极大点等参数。首先,采用有限元分析软件对变幅杆进行动力学分析,得到的结果与理论结果进行比较,验证了理论公式的正确性。然后,在此基础上与圆锥形变幅杆、指数形变幅杆及小端接圆柱杆的复合圆锥形变幅杆进行比较,结果表明新型复合变幅杆具有更好的综合性能和更小的最大应力。最后,基于ANSYS Workbench优化设计功能对变幅杆进行优化修整,对优化后的变幅杆进行阻抗分析和振动性能测试,测试结果表明新型复合变幅杆理论性能参数与实验测试结果基本一致,变幅杆的谐振频率为20 013 Hz,当换能器输出振幅峰峰值为13 μm时,变幅杆的输出端振幅峰峰值可达40 μm,变幅杆振幅实际放大倍数为3.08,满足切削实验振幅的要求。      

火工品输出动态多参数测试系统的构建与考虑

进行火工品输出动态多参数测试对于产品设计与作用机理研究具有重要意义。在收集和分析国内外各类火工品的输出参数类型和信号特征基础上,提出将压力、推力、速度、位移、加速度、温度等不同参数的测量用一套动态分析系统实现的设想,讨论了测量系统各组成模块的选择方法,为火工品输出测试系统建立可增添新的设计理念。     

光纤读出的微光机电振动传感器

针对采用半导体工艺加工的微机械结构对振动进行测量的问题,提出了基微光机电系统(MOEMS)结构并采用光纤读出的振动传感器的设计方案,分析了该传感器的基本测量原理并推导了数学模型.该传感器采用单光纤的读出方式,利用固定于探测器敏感头前端的微结构感受待测物体的振动,通过测量由微结构振动引起的反射光强度的变化,实现对振动的测量.单光纤结构的使用和微结构参数的合理设计,使得该系统与传统的光纤读出系统相比,具有灵敏度高、尺寸小、易于同光纤匹配的特点.应用该系统对压电陶瓷的振动情况进行测量,可探测到0.18nm的位移.      

用于压电料位计的微弱信号检测电路设计

设计了一种用于压电料位计的微弱信号检测电路,从防积分饱和电荷放大、带通滤波、精密检波、两级比较和逻辑控制五个方面介绍了其工程实现。能够实现单极性电源供电处理交流信号,实时监测料位计输出电荷大小,并转换为开关信号输出;具备灵敏度调节功能,可以根据不同物料的阻尼特性,有针对性地设置动作阈值;能够根据用户需要设置输出电平极性,提高了料位计的灵活性和适应性。结合理论计算、仿真分析和试验测试,验证了设计的合理性和正确性。