压电空心圆柱体中的周向SH波

基于三维线性压电弹性理论,采用一种正交多项式级数方法研究了轴向极化、电开路时正交各向异性压电空心圆柱中的周向SH波。把位移和电势展开成勒让德多项式级数,引入点确定的材料常数以解决边界条件,最后把问题的解简化为一个特征值问题。计算了不同径厚比下FZT-4管道周向SH的波频散曲线和电势分布。讨论了压电的影响。     

正交各向异性空心圆柱体中的纵向导波

基于三维线弹性理论,采用勒让德正交多项式展开法,推导了正交各向异性材料中纵向导波的耦合波动方程,并对耦合波动方程进行了数值求解。首先,为确定方法的适用性和准确性,利用Disperse软件求解各向同性空心圆柱体中纵向导波的频散曲线,并将其与勒让德正交多项式展开法求解结果相对比,二者结果完全一致。然后,讨论了勒让德正交多项式截止值对轴对称导波频散曲线收敛性的影响,并从数值计算的角度分析了产生影响的原因。最后,针对碳纤维缠绕的复合材料空心圆柱体,分别求解纵向、扭转和弯曲三种不同模态纵向导波的相速度频散曲线。计算了不同径厚比下的弯曲模态相速度频散曲线,分析径厚比的变化对频散曲线的影响。     

黏弹性正交各向异性空心圆柱中纵向导波的传播

基于线性三维弹性理论和Kelvin-Voigt模型,采用勒让德正交多项式展开法推导了黏弹性正交各向异性空心圆柱中纵向导波的波动方程,数值求解了波动方程并阐述了相关方程的含义。首先计算了大径厚比下黏弹性管的相速度频散曲线和衰减曲线,并与已发表文献的结果进行了对比,验证了程序的正确性,并进一步计算了低阶纵向导波的位移分布和应力分布曲线,验证了方法的可靠性。然后利用方程的解耦特性,分别求解了不同径厚比、不同黏性常数下纵向模态和扭转模态的频散和衰减曲线,研究了径厚比和黏性常数效应对两种模态的影响。最后针对扭转模态导波,研究了材料相关黏弹性常数对其频散特性和衰减特性的影响。      

微振动输送中圆盘型压电振子的动力学分析

目的研究压电陶瓷振动给料器的双晶片压电振子,求出其力学表达式,为振动给料器的双压电晶片的优化设计奠定理论基础。方法以螺旋式压电振动给料器的圆盘型压电振子为例,对圆盘型压电双晶片进行动力学分析,建立振动模型及动力学方程,对激振力进行求解。结果运用Rayleigh-Ritz法推导出在简支边界条件下,双压电晶片振子的弯曲振动的共振频率以及激振力表达式,得出最大误差出现在160 V处,理论计算与实验验证数据的误差为10%左右,有限元分析与实验验证数据的误差为5%左右。结论通过实验可以看出在实际应用中,要综合考虑其电压输入与压电陶瓷层的变形程度,选择最佳的电能输入,才能使压电双晶片获得最大的激励位移。     

压电陶瓷圆环与金属圆环复合振动系统的径向振动

对由压电陶瓷圆环与金属圆环组成的复合振动系统的径向振动特性进行了研究。首先分析了压电陶瓷圆环和金属圆环的径向振动,推出了其各自的机电等效电路。在此基础上,得出了压电陶瓷圆环与金属圆环复合振动系统的机电等效电路及其共振频率方程。探讨了系统的共振及反共振频率、有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系。研究表明,当复合振动系统的壁厚比增大时,其共振及反共振频率升高。对于换能器的第一阶径向振动,其有效机电耦合系数随壁厚比的增大而单调减小;对于换能器的第二阶径向振动,其有效机电耦合系数随壁厚比的增大会出现一个极大值,而且,在一定的壁厚比范围内,换能器第二阶径向振动的有效机电耦合系数大于第一阶径向振动的有效机电耦合系数,这一规律与传统的有关压电换能器的分析理论及结果是有所不同的。     

周期铁电畴压电陶瓷的制备和频谱特性研究

研究了复合结构的周期铁电畴压电陶瓷以及通过外加电场反向极化法制 备的周期铁电畴压电陶瓷的厚度切变模式. 分析了两种方法制备的周期铁电畴 压电陶瓷的频谱特性, 得出了铁电畴周期结构可以很好地抑制来源于纵向或径 向振动的高次泛音的不良影响和通过外加电场反向极化法制备小周期铁电畴提 高厚度切变模式谐振频率的方法, 从而可以通过调整周期大小制备出在一定频 率范围内呈现出具有感性的压电陶瓷.     

振动控制中压电作动器非线性的补偿方法研究

在周期振动的自适应控制中,压电作动器的非线性特性会产生高次谐波,激发高阶模态振动。为抑制压电作动器的高次谐波激励,同时结合自适应振动控制的特点,提出一种新的作动器非线性补偿方法。该方法将作动器的非线性与结构的动态特性部分融合,用正交多项式从输入输出信号中拟合静态非线性及其逆变换,计算过程简单,数值稳定性高。在控制通道中,通过逆变换对控制信号进行预处理,使得补偿后的输入输出具有线性系统的特征,而输入输出之间的相位差完全由自适应算法进行补偿。实验结果表明,所给出的补偿方法能够抑制高次谐波,并改善了振动控制效果。     

新型贴片式扭振压电作动器的设计与实验研究

提出了一种新型贴片式扭振压电作动器,采用沿厚度方向极化的方形压电陶瓷片,通过特殊的布置方式来激发矩形梁结构的扭转振动。该压电作动器通过不同的激励方式,可以激发出奇数阶和偶数阶扭转振动,具有结构简单、紧凑、易于加工和安装等特点。为了验证所提出的扭振压电作动器设计方案和工作原理的正确性,建立了理论模型,并采用有限元方法对其进行了动力学特性仿真分析,通过实验对原理样机进行了振动特性测试和动力学行为研究。结果表明,理论模型计算结果、有限元仿真计算结果和实验测试结果基本一致,验证了所提出的压电作动器设计方案的可行性和工作原理的正确性。     

利用电阻法原理测算高岭石的径厚比

高岭石的径厚比,在高岭土的许多应用领域都是一个重要参数,目前尚未有很好的仪器和技术对其进行精确测量。以电阻法为原理对颗粒粒度的测量,反映了电阻的变化与颗粒体积和形貌之间的关系,可以此为基础进行高岭石径厚比计算。通过对以电阻法为工作原理的库尔特仪测试输出数据和图形的详细分析,发现其输出的电脉冲高度反映颗粒的体积,电脉冲宽度反映通过小孔的颗粒长度,并通过与标准球形颗粒脉冲数据进行对比,建立了高岭石径厚比测算公式AR=3/2(n+W-Wn/Wn+1-Wn/L)3通过实例分析,验证了该方法的精确性。     

用无网格法分析带压电层的裂纹板的振动特性

将无网格伽辽金法（EFGM）应用于求解含压电层裂纹板的横向自由振动问题。建立了系统的能量泛函,根据弹性动力学推广的Hamilton原理和引入无量纲量,推导了含压电层的裂纹矩形薄板的变分式;建立了无网格伽辽金法离散的控制方程。通过数值计算,得出了薄板的无量纲固有频率随裂纹和压电片几何参数的变化曲线,分析了裂纹的参数和数量对矩形薄板的横向振动特性的影响。     

圆盘式行波压电马达的接触界面动力学分析及传动效率优化

圆盘式压电马达的定子被激发出行波后,用于驱动转子的摩擦界面上质点运动为三维斜椭圆,其中的径向分量将引起纯粹的摩擦损耗而导致传动效率降低。分析了圆盘型压电马达定子振动响应的运动学特性,提出定子齿可等效为基体加上附属齿形的复合结构振动;利用动态子结构和有限元法建立了考虑齿槽的定子振动方程,分析了定子齿驱动表面质点的运动特性,指出通过齿形参数设计可以减少径向运动分量的比例;以某特定圆盘压电马达定子为例,以接触界面的传动效率作为优化目标进行定子齿参数的设计,通过迭代得到了能够获得较好输出效率的参数组;通过数值仿真分析了最优参数下压电马达的输出特性,并与其他参数组下的输出特性进行分析和比较;最后加工了特定几组参数的中空型压电马达样机,验证了摩擦界面上径向滑动造成的损耗与定子齿形参数有关,在同样激励条件下的确可在最优参数组获得较好的输出效率。     

基于压电驱动的自感知振动抑制研究

提出一种压电自感知电荷驱动方法,研究用同一压电元件在抑制振动的同时又能感知振动状态。该方法控制电路简单,在智能结构中易于实现,且电路调节方便,振动抑制效果好。将该方法应用于悬臂梁的一阶振动抑制,悬臂梁自由端振幅可被抑制约达90%。实验结果表明,该方法在驱动压电元件致动的同时可感知结构的运动状态,有望应用于诸如扫描探针显微镜、智能结构监测与控制等领域中。     

含压电分流阻尼的声学黑洞梁振动特性研究EI北大核心CSCD

针对声学黑洞梁结构,引入压电分流阻尼形成声学黑洞压电复合结构,采用半解析法对其振动特性进行分析。首先基于哈密顿原理,采用墨西哥帽状小波作为型函数,利用能量法对声学黑洞悬臂梁的自由振动和受迫振动进行求解,与有限元法结果吻合良好,验证了半解析法的可靠性。然后引入分流阻尼,通过等效介质法将分流阻尼等效为附加材料,利用其局域共振机制,分析了含分流阻尼的声学黑洞梁振动特性,从理论上分析了确定局域共振频率近似方法。压电分流阻尼可以通过调整电感值来使局域共振与结构共振产生耦合,从而使振动响应峰值产生衰减;另一方面适当的阻尼可以使振荡效应消失。针对第一阶共振峰值,设计出的含分流阻尼的声学黑洞梁比传统阻尼层声学黑洞梁的振动有明显衰减,为声学黑洞结构的低频振动控制提供了新的思路。     

谐振放大压电声学超材料梁带隙特性研究

声学超材料具有亚波长带隙,可应用于结构振动与噪声控制。引入压电材料和谐振分流电路,可以利用电磁振荡和压电材料机电耦合特性在超材料内部形成可调谐局域共振带隙。传统压电声学超材料受到已有压电材料机电耦合系数的限制,带隙一般较窄,无法满足大柔性结构振动与噪声控制中低频宽带需求。因而,该文提出一种谐振放大压电声学超材料梁结构。将压电片划分为传感极和驱动极,传感极输出电压经过运算放大电路放大,然后与谐振电路相连,实现局域共振效果的增强,从而增大带隙宽度。采用有限元方法建立压电声学超材料梁带隙计算模型,分析了带隙位置和宽度随电路放大倍数的变化,研究了等效弹性模量与带隙的关系;利用商用有限元软件仿真分析了有限周期梁的振动传递特性,验证了带隙计算方法的正确性。研究结果表明,放大电路有效增强了电路的局域共振效果,随着放大倍数的增大,带隙频率降低,带隙宽度增大。     

谱相关技术及其在潜艇结构振动信号传递特性分析中的应用

由于潜艇结构的复杂性,有限元方法和时域相关方法在分析结构振动信号传递特性时精度欠佳。针对上述问题,提出了定量分析结构振动信号传递特性的谱相关技术,该技术通过结构两侧振动信号分析结构对振动信号组成成分的影响,避免了有限元精确建模困难与振动信号通过复杂结构时波形失真较大的难题。将该技术应用于潜艇缩比模型不同结构振动信号传递特性分析中,定量分析结果表明该技术能很好地分析不同结构的振动信号传递特性。     

压电陶瓷支承对梁的横向振动与支反力抑制作用EI北大核心CSCD

当多跨结构受到横向载荷产生振动时,支承与基座衔接处往往产生较大的支反力。针对该问题,以双支承的梁系统为例,基于压电换能原理,采用柱状压电陶瓷支承作为减振元件,并对其减振效果进行了理论分析。利用Hamilton原理推导了压电机电耦合边界条件下该系统的振动微分方程。结合有限元法和偏微分方程数值计算方法,对不同种类压电材料的机电耦合系统进行了模态分析和动力学响应计算。计算结果表明,压电陶瓷支承可以有效抑制多跨结构中支承传递到基座的振动和支反力。     

纵弯转换超声振动雾化系统的振动特性与设计研究

提出了由纵向振动系统与弯曲振动圆盘组成的纵弯转换超声振动雾化系统的新型结构。通过理论分析和有限元分析,揭示了由换能器、变幅杆与工具组成的振动系统的各种谐振状态特性, 研究了系统的谐振设计方法。分析表明：新型雾化振动系统工作于负载谐振模式,其谐振频率主要取决于纵振动系统的结构,弯曲振动薄圆盘相当于系统的负载。当弯曲振动圆盘谐振频率与系统的谐振频率越接近时,系统的输出振幅越大。通过实验证明了理论研究正确性。     

用于超声物位测量的换能器研究

本文介绍了两种用于超声物位测量的系列换能器──纵向振动夹心换能器和纵振动与圆盘弯曲复合振动的压电换能器。纵向振动夹心换能器的尺寸为４０和８０，外壳采用了防腐蚀的ＰＶＣ材料。从压电方程出发，计算了换能器的各部分振动元件的尺寸，然后通过实测，结果表明与计算值相吻合，当换能器距天棚２．５ｍ时。不经过放大器可接收到第一次回波为３００ｍＶｐ－ｐ，配以发射、接收电路盲区为０．５ｍ。另一类是采用纵向振动与圆盘弯曲振动的复合换能器，它具有尖锐的指向性、高的发射效率和接收灵敏度。但是受激圆盘作弯曲振动时，在其表面…     

具有区间参数的智能桁架结构自振特性分析

研究了具有区间参数压电智能桁架结构的动力特性分析问题,在压电主动杆和被动杆的物理参数和几何尺寸同时为区间变量时,利用区间因子法建立了结构的刚度矩阵和质量矩阵;从结构振动的Rayleigh商表达式出发,利用区间运算推导出结构特征值不确定变量的计算表达式。通过算例分析了不确定性智能桁架结构参数的区间分散性对其动力特性的影响,并获得了一些有意义的结论。     

基于力电耦合模拟的压电悬臂板波激振动获能研究

采用数值模拟的方法,研究了压电悬臂板在线性深水波激发下的振动获能机理。首先运用数值波浪水槽计算出了三维压电悬臂板所受的波浪时程荷载,然后采用力电耦合模拟的方法,研究了板的振动规律和不同粘贴位置压电材料的输出电压,该力电耦合模拟方法考虑了压电材料的贴合和压电材料的压电效应对压电悬臂板振动的影响。通过对不同物理参数下压电悬臂板振动获能机制的计算分析,得出了对板振动和获能的关键影响因素以及提高获能效率的通用方法,揭示了波浪运动与振动获能的关系。