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。     

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。     

压电陶瓷布局对除冰效果的影响研究

用仿真与实验的方式研究了压电陶瓷除冰技术在复合材料上的应用.通过有限元仿真研究了在能耗相等的前提下压电陶瓷布局(数目、间距)对除冰效果的影响,并进行了冷环境下除冰实验.仿真结果表明:按合理的布局方式,将尺寸较大的单块压电陶瓷分成尺寸较小的多块时,会有比大尺寸单块压电陶瓷更好的除冰效果;随着压电陶瓷间距的减小,除冰效果进...     

低温环境下超声电机定子特性

超声电机是一种新型的驱动器,由于其具有大力矩/重量比,控制性能好等优点,适合在航天器上使用,因此,在低温环境下对超声电机性能的变化进行研究就非常必要.分析了在低温环境下,超声电机定子弹性体和压电陶瓷元件性能变化,改进了不同环境下超声电机用压电陶瓷的压电方程,并通过该方程推出了压电陶瓷元件的d33随着温度的下降而降低.结合超声电机定子振动,归纳出低温环境下,超声电机定子对超声电机性能下降的影响.通过超声电机在低温环境下的性能测试,验证了低温环境下超声电机定子性能变化的理论分析.得到结论:压电陶瓷在低温环境下的性能下降是影响超声电机定子性能变化的主要原因.     

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。     

THEORETICAL AND EXPERIMENTAL STUDY ON THE PIEZOCERAMIC ACTUATING LAMINATE

压电陶瓷元件是目前在智能材料结构中广泛使用的一种驱动元件。建立驱动应力与控制信号之间的关系即传递驱动方程，对于分析压电陶瓷元件的驱动特性非常必要。本文以剪滞变形理论为基础，分析了压电陶瓷元件在驱动结构时的应力传递过程，建立了传递驱动模型；并以ＰＺＴ５型压电陶瓷元件驱动玻纤／环氧层合板为例对所建模型进行了实验验证。结果表明，建立的驱动模型与实际情况比较吻合。最后，根据实验结果和所建模型对影响压电陶瓷元件驱动层合板性能的一些主要参数作了分析。     

多层夹心式压电振动换能器机械模态参数计算

纵向多层夹心式压电振动换能器在超声振动的广泛应用中显示了不少优点,但其机械谐振频率计算公式还不一致,本文就此提供这种多层夹心式压电振动换能器在几种边界条件下机械模态参数的计算方法和一般公式,并进行讨论。     

白光干涉检测仪微位移系统的精确控制方案

针对小电容压电陶瓷特有的迟滞曲线,建立实验系统采集压电陶瓷微位移器的位移-电压数据,然后用最小二乘法建立数学模型;通过计算机程序控制压电陶瓷驱动电压,实现了白光干涉检测仪微位移系统的开环控制,总位移20μm,精度可达0.03μm,并且给出了控制程序的流程图.     

直升机自适应桨叶模型的初步实验研究

为了研究压电陶瓷对复合材料模型的驱动性能，掌握其规律，为自适应旋翼的研究打下基础，文中模仿直升机桨叶设计了一个典型模型试件，利用压电陶瓷在不同布片方式下对其进行驱动，使其产生弯曲和扭转变形。不同条件下的对比实验表明，压电陶瓷作为驱动器可以达到比较好的驱动效果。     

压电传感元件在智能结构中的应用研究

研究了压电材料作为传感元件在智能结构中的应用。开发了基于锆钛酸铅压电陶瓷传感元件的智能结构实验系统，利用压电传感器对复合材料板结构的载荷变化进行监测并对传感器组的冲击定位功能进行了试验。文中采用模式识别技术，成功地实现了结构连接损伤出现的判别和损伤位置的确定     

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。     

浅表裂痕对压电陶瓷振子工作性能的影响

压电陶瓷振子是应用相当广泛的电子无件,本文分析了逆电效应下携有表面浅裂痕扭转振子,得到了裂痕前缘的奇异电位移场和应力场的解析结果。并着重讨论了裂痕前缘电荷奇异增强对压电元件工作性能的影响。指出了提高压电元件表面加工精度的重要意义。     

采用压电陶瓷传感器提高悬臂式镗杆的加工精度(英文)

由于悬臂式镗杆的刚度较低,镗削加工中容易产生加工误差。本文采用了误差在线检测与实时补偿的方法,以提高悬臂式镗杆的加工精度。通过应变片测试微量镗削加工中镗杆的变形,在线检测加工误差,用压电陶瓷传感器对加工误差进行实时补偿。镗刀和压电陶瓷传感器分别安装在杠杆式结构的微量镗杆的两端,这样镗杆的结构尺寸可以不受压电陶瓷传感器的影响,镗杆的长径比为８。     

压电陶瓷柱体中裂纹前缘场分析

为了揭示含裂纹的压电陶瓷介质在机械载荷作用下裂纹前缘的力学和电学的奇异行为,以一承受扭矩的压电陶瓷柱体为例,求得了其中所含的圆币形裂纹前缘的应力场和电场移场。     

纵弯模态复合的两自由度直线超声电机

所研制的两自由度直线超声电机由一个圆柱形定子和一个滑板组成.通过三组压电陶瓷元件在定子上分别激励出两个互相垂直的弯振模态和一个纵振模态.任一弯振模态和纵振模态的组合,可以驱动滑板沿x或y方向作直线运动.本文从提高电机的输出性能和驱动效率出发,提出了电机设计的要点.这些要点包括工作模态的选择、模态频率的一致性、压电陶瓷元件和支承元件的位置、预压力的大小和干扰模态的影响等.     

压电陶瓷振荡器

本文叙述用压电陶瓷滤波器制作的振荡器。根据实测的压电陶瓷三端滤波器幅频特性和相频特性,且根据反馈振荡器起振条件和平衡条件,若用压电陶瓷三端滤波器作为反馈振荡器中的反馈网络,则反馈振荡器中放大器的输入信号与输出信号的相位关系可以是同相,也可以相差180°。环境温度在24～55℃变化时,实测压电陶瓷振荡器的频率稳定度约在10~(-5)/℃数量级,电源电压在11.5～12.5V变化时,其频率稳定度均为10~(-4)/V数量级,其性能优于RC振荡器和LC振荡器,且电路简单,体积小,调试方便,失真小,用于产生单一频率的低频信号是极其可取的方案。     

基于PT和MFC的飞机垂直尾翼振动主动控制

首先基于压电陶瓷变压器PT(Piezoelectric transformer)设计了一种用于驱动压电材料作动器的功率放大器,该放大器具有效率高、体积小、重量轻等优点.与DSP控制系统相结合,实现了振动主动控制系统的小型化和集成化.然后以飞机垂直尾翼模型为控制对象,选用了压电纤维复合材料(Micro fiber composites,MFC)和(Piezoelectric transducer,PZT)作为驱动器,实现了对模型两阶主要振动模态的主动控制.实验验证所设计的开关功率放大器的可行性,最后对MFC和PZT的驱动性能进行了对比.     

容差分析在航空机载设备修理中的应用

依据机载设备修理中参数容差确定的实际需求,提出了机载设备修理中常用的容差分析方法,对某型飞机高精度稳压电路容差进行了分析确定.     

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。