双压电振子异步振动主动调制湍流边界层流向涡减阻

以热线敏感丝为感受器、单片机(MCU)为控制器、双压电振子为动作器构成闭环控制回路,实现闭环主动控制湍流边界层相干结构减阻。采用安装在壁面上的展向布置的双压电振子异步振动方式,通过对压电振子输入3种不同振动频率,得到160 Hz工况实现最大减阻率为16.03%。压电振子振动使得湍动能更大程度地集中在能量峰值周围,改变了湍流边界层近壁区的含能结构,对相干结构产生调制作用。压电振子振动频率与相干结构特征频率越接近,减阻效果越好。闭环控制中控制压电振子所需要的电能节省开环的75%,实现与开环控制相近的减阻效果。施加控制加入条件检测的条件相位平均波形时间周期略变短,以压电振子壁面扰动方式调制近壁流向涡,减小壁面摩擦阻力,获得减阻效果。      

压电振子激励流场的数值模拟

为了得到多个压电振子的相干性和涡系之间相互干涉的流场信息,探索间距和相位差等因素对多个压电振子耦合流场的影响效果,本文对单个与多个压电振子的非定常流场特性进行了数值模拟研究.结果表明,压电振子振动时,流场中出现了速度涡区,单个振子的涡系发展最充分,流场中速度峰值达4m/s,三个振子的垂直方向作用范围最大,但速度峰值只有2.8m/s;振子振幅为A,振子间距在1A ～4A,流场掺混效果与振子间距成正比,有1/2相位差时流场掺混效果优于无相位差的情况;多个振子产生的耦合射流效果在适当的间距与相位差下好于单个振子产生的射流.     

基于负载变化的超声振子电学性能试验研究

针对超声波加工中振幅衰减和振幅不稳定现象,通过超声振子的静态加载试验,分析了轴向与径向加工负载力对超声振子电学特性的影响规律,以及超声振子电学参数的变化对超声振幅的影响机制。结果表明,超声振子的电学参数在径向负载力与轴向负载力的影响下有相似的变化趋势,即超声振子谐振频率与动态电阻随着负载力的增加而单向增大,动态电感与动态电容有相反的变化趋势,二者的综合效果使谐振频率随着负载力的增加而增大,静态电容在一定范围内波动,当超声振子所受的负载力增大到一定值时,超声振子的低频谐振点会消失。依据理论分析与试验研究结果,提出了改善振幅衰减和振幅不稳定现象的措施。     

压电陶瓷短圆柱耦合振动的研究

 压电陶瓷圆柱振子的振动问题,由于厚向振动和径向振动之间的耦合作用,使问题变得非常复杂。迄今为止,许多研究者在这方面所做的工作,大体上可分为两类:一类是从各向同性圆柱体振动的近似解出发,求解压电陶瓷圆柱振子的振动问题;另一类是从压电陶瓷圆柱振子的压电本构方程组和运动方程组出发,利用数学上的伴随算子法计算其数值解。这两种方法不仅运算过程都相当复杂,而且都不能直观地反映出压电振子的物理参数的影响。     

锆钛酸铅压电陶瓷主动元件在航天自适应桁架结构中的应用

阐明了PZT压电材料的正、逆压电效应以及相应的压电作动器的机电耦合原理。针对航天自适应桁架结构的特点，运用PZT压电作动器进行了振动抑制实验并取得了良好的效果。     

钛合金椭圆超声振动辅助切削表面质量仿真研究

椭圆超声振动辅助切削（EVAM）技术是提高难加工材料加工质量一种有效的加工方法。建立超声振动有限元模型研究超声振动参数（频率和振幅）对Ti6Al4V加工残余应力和表面形貌的影响规律。有限元分析结果表明,超声振动切削可以增大工件的最大残余压应力分布深度,但会恶化工件表面形貌完整性。Y方向振动对工件表面的脉冲冲击载荷有利于增大工件的残余压应力场。工件表面形貌完整性随着振动频率和X方向振幅增大逐渐改善,随Y方向振幅增大逐渐恶化。提高振动频率和振幅均有利于工件表面残余压应力的形成,从而有利于提高工件的加工质量。     

超声振动辅助电火花微孔加工研究进展

超声振动辅助电火花（UVE）微孔加工作为一种特种复合加工技术,是提高难加工材料微孔加工性能的有效途径之一。在UVE微孔加工中,根据超声振动作用形式不同,可分为电极振动、工件振动和工作液振动3种微孔加工方式。电极振动的UVE微孔加工中,超声频率一般为20～40kHz,超声振幅为5μm左右,材料去除率可提高40%～60%,可加工深径比最大接近30的微孔。工件振动的UVE微孔加工中,超声频率大多小于30kHz,超声振幅小于10μm,材料去除率可提高40%左右,微孔锥度降低30%左右。工作液振动的UVE微孔加工中,超声频率一般大于40kHz,超声振幅大于5μm,材料去除率最大可提高33倍,孔壁粗糙度可达Ra0.2μm。对3种类型的UVE微孔加工的研究成果进行了总结与分析,探讨了3种类型的UVE微孔加工机理以及存在的问题,对比了3种振动类型的UVE微孔加工特点以及适用范围,并对UVE微孔加工发展趋势进行了展望。     

非接触供电旋转超声加工系统负载特性研究

在旋转超声波加工过程中负载的变化会引起振幅衰减,进而造成加工精度和加工效率降低。本文针对非接触供电旋转超声加工系统在加工过程中振幅衰减的问题,首先,通过静态加载实验,获得了负载对超声振子电学参数的影响规律;其后,在此基础上进行了超声振子的非接触能量传输系统的加载实验,得到负载对能量传输特性的影响规律。实验结果表明,超声振子的电学参数受负载力大小、负载力方向和被加工材料特性的共同影响而发生改变,超声振子电参数改变引起了非接触供电超声系统输出功率的改变,进而导致了振幅衰减的问题;本文采用了串联谐振下主边串联电容、副边并联电容的电路补偿方式来减小振幅的衰减。本文的研究成果为解决振幅衰减问题提供了实验依据。     

直刃尖刀形状对超声辅助切削系统振动性能的影响

基于超声振动设计理论并结合超声振动变幅杆,设计了一种用于弱刚度材料超声辅助切割的直刃尖刀.建立了直刃尖刀和超声振动系统一体的有限元模型,系统分析了直刃尖刀刀体长度、厚度参数对超声振动系统谐振频率、振幅放大倍数和刀具纵向振幅的影响,探讨了刀具横向和侧向振幅沿刀具轴线方向的分布规律.针对特定的超声振动系统,确定了综合性能最优的刀具参数.研制了具有不同形状参数的去刃模拟刀具,并安装于同一超声振动系统进行测试,对仿真分析结论进行验证,理论分析与试验结果相一致.根据理论分析确定的最佳参数研制了直刃尖刀并测试了其振动性能.研究结论对超声辅助切削加工的直刃刀尖的研制提供了理论指导.     

电火花加工用微型压电换能器的研制

在电火花加工中,沿电极的轴向采用微幅超声振动可明显改善微小孔的加工性能,本试验对该系统Φ２０Ｘ５５的微型换能器进行了设计和有限元分析,在频率３９～４５ｋＨｚ范围内获得无侧向振动的轴向振动和对加工有利的振幅     

平面铝板上的压电振动除冰方法

以平面铝板为对象,对压电振动除冰方法进行了理论与实验研究。使用有限元方法(FEM)分析了压电片(PZT)长度和厚度对所激发结构模态振动强度的影响。建立了冰层的二维受力模型,分析接触面上的切应力分布,为除冰模态的选取提供指导。结果表明,理想情况下当PZT长度约为某模态半波长的奇数倍时,对该模态的激发效果最好,此外压电片长度还受到结构表面应变分布的影响。在满足强度要求的前提下,压电片厚度应尽量小。结构与冰接触面上的最大切应力出现在结冰边缘部位,大小与结构表面的应变有关,在振动节线附近的切应力最小。实验获得了较好的验证结果,除冰功率约为36.5 W/m2,比电热除冰方法的功耗低1~2个量级。     

Timoshenko梁振动的模态控制方法

分析了Timoshenko梁振动特性,得出其简化模型及其在外力作用下的传递函数,然后分析了压电材料PZT对梁振动的作用,得到它的传递函数。设计控制系统并分别设计人工神经元网络辨识器及其控制器,给出振动控制系统的仿真结果并进行分析。     

超声振动方向对TC4钛合金铣削特性的影响

为充分发挥超声铣削钛合金的优势，改善钛合金的加工效果，增强表面服役性能，分别对刀具和工件施加超声振动，以寻求合适的振动方向和加工参数。理论推导了侧刃断续切削时的临界速度，试验研究了不同振幅和切削速度对表面形貌、切屑形态、切削力和刀具磨损的影响，同时探究了表面微织构对摩擦特性的影响。试验表明在两种振动方向下，增大振幅均使切屑的锯齿化程度降低，并且增加轴向振幅可使锯齿形切屑转变为带状切屑。轴向振动更有利于表面形成微织构、减小切削力、减缓刀具磨损、减小工件摩擦时的磨合时间，但需合理控制切削速度和超声振幅。同时，对切削力进行频谱分析，为工作状态下超声振动频率的测量提供了一种参考方法。     

自适应结构仿人智能控制实验研究

针对大型空间结构,基于MATLAB/dSPACE综合实验环境建立了以压电堆式主动构件为作动器的自适应桁架结构主动振动控制平台,进行了仿人智能控制实验研究.结果表明仿人智能控制可有效地用于压电自适应结构的振动控制,较好地解决了控制准确性与快速性之间的矛盾,使得四棱柱桁架在典型低频谐振频率持续激励时振幅降低90%以上,随机冲击衰减时间减少90%以上,且在扫频和混频激励下也取得良好的控制效果.     

异形腔体压电声衬声学性能

为提高压电声衬对低频噪声的抑制范围,对声衬腔体进行结构优化。利用平面波理论构建了两种曲线管道的声学物理模型,并分别建立了两种模型的传递矩阵,以此作为异形腔体亥姆霍兹共振器传递损失计算的理论依据,并通过仿真验证其正确性。结合压电振子的形变对声衬进行有限元仿真分析,结果表明:在压电振子施加500V驱动电压时,两种声衬频率偏移量分别为115Hz和120Hz。与圆柱形腔体声衬进行对比结果表明:在相同腔体厚度范围内,由曲率越大的曲线所生成的腔体,在相同驱动电压条件下,频率变化率越高,这为今后对声衬腔体结构优化提供一种有效的依据。      

旋转超声加工中频率可调节技术的研究

在分析了超声振动声学系统基础上,提出了通过减少夹持点数目和减小超声振动系统功率的方法来实现超声振动系统频率的可调节性,并利用ANSYS有限元软件分析了频率改变对超声系统振幅的影响,最后通过加工实验验证了这一方法的可行性.     

自耦合射流流动特性和相关参数影响规律的数值研究

为了得到压电驱动的自耦合射流的流场特性以及相关参数对其的影响规律,利用数值模拟的方法,借助于动网格技术模拟了压电驱动膜片的周期性运动,实现了自耦合射流腔体内部和外部流动的耦合计算,获得了和实验相一致的流动现象;当输入压电膜片的振动频率、振幅以及激发器腔室的几何尺寸不同时,自耦合射流的流动速度分布相应地进行改变。研究结果表明:数值模拟方法是合理的;模拟结果为实验参数的设定和实验件的优化设计提供了良好的理论依据。      

振子框架式微机械陀螺的优化设计及电学模拟

 根据驱动模态频率和检测模态的频率相互匹配,用有限元法优化了振子框架式微机械陀螺的结构尺寸;根据建立的陀螺振动的等效电路模型,对检测振动的性能进行了模拟分析,该模型为传感器与接口电路的整体模拟打下了基础。     

超声复合研磨光学玻璃机理及表面特征

根据光学玻璃硬度高和脆性大的特点,从理论上分析了超声波研磨加工光学玻璃材料的去除机理,试验表明,超声加工工具振动振幅为0.03～0.1mm,频率为16～ 25 kHz条件下,超声波的超精密加工光学玻璃比不加超声振动加工材料去除率高1.5倍左右,表面质量好,粗糙度值降低100％左右.     

用于推动压电驱动器的PP4—100型高压功率放大器

压电驱动器在未来航空、航天结构上广泛应用的主要障碍之一是推动压电驱动器工作的低效率驱动设备和发热问题。因此，基于现阶段振动与结构声主动控制研究工作的需求和用作驱动器的压电材料PZT的逆压电效应特性，对“PP4－100型高电压功率放大器的研制工作进行了简要总结，给出了研制思路，P4-100型高电压功率放大器的性能参数和使用说明书（参见附录）。