关于用在振动料斗的压电陶瓷块的研究

本文作者叙述了振动料斗用的压电驱动的材料性能、工作原理、结构和实验结果.该器件是采用压电双晶片振子结构,因而结构简单,使用方便,无电磁干扰.振子谐振频率为300Hz左右,当外加电压达±300V时,振子偏转位移量大于±1.7mm,是一种理想的振动源.     

双压电振子反相模态驱动的直线驱动器机理

为提高压电驱动器的定位能力,提出了一种双压电振子反相模态驱动的直线驱动器,以两组反相模态振动的独立控制的压电振子作为主压电振子和辅压电振子,分别产生机构运动的拉力和推力使驱动器在倾斜平面上直线运动.理论分析了双压电振子反相模态驱动的驱动器双向运动条件,设计研制了驱动器样机并进行了性能测试.结果表明:该驱动器能在10°倾斜角内实现定向稳定运动,机构的最小步距为5 μm,最大平均速度为22 mm/s.     

压电振子的滤波特性及对两种信号的响应分析

从理论上分析了压电振子的滤波特性和驱动原理,阐述了方波和正弦波驱动压电振子的优缺点,并通过实验分析了两种压电振子对方波和正弦波的不同响应。结果表明:压电振子的滤波程度与振动模态有关;方波的高次谐波对压电振子响应的影响很小,可忽略不计。     

平板形单振子多自由度压电马达

对提出的一种平板形单振子多自由度压电马达进行了理论设计和试验研究。利用梁函数组合法,计算了压电马达的工作模态频率,得出了布置于马达压电振子表面的各凸起之间间距的设计依据;提出凸起的尺寸应使其一阶弯曲振动频率与整个压电振子工作频率一致,给出了各凸起尺寸的选取原则。根据设计理论,制作了马达样机,对样机的运动能力进行了试验测试。结果表明:马达工作模态频率的理论计算结果接近于实测值;当驱动电压为90V、频率为45kHz时,马达绕矩形板压电振子长度方向轴向的转速为45.6r/min。     

新型在线动平衡装置中压电元件的瞬态分析

通过有限元分析的方法,利用ANSYS对以压电元件的逆压电效应为驱动力的平衡装置中的压电元件进行瞬态分析,发现在周期正弦信号的驱动下,压电元件有明显的收缩和扩张现象.通过对压电振子表面上的节点作位移分析,在同一个极角坐标下,各节点的位移轨迹基本相同,各节点的位移曲线都近似于正弦,在同一时刻同一极角坐标下的各节点的位移量近似相等.     

悬臂梁单晶压电振子发电的理论建模与仿真

为了解决电池为低功耗电子产品供能存在的诸多问题,对悬臂梁单晶压电振子的发电能力进行了研究.根据压电理论和热平衡原理,建立悬臂型单晶压电振子发电能力的数学模型,并对金属基板材料、基板厚度与压电片厚度对压电梁发电能力的影响进行了数值模拟与有限元仿真分析.研究结果表明,建立的数学模型与有限元仿真分析结果一致,压电片与基板材料存在一个最佳厚度比使得压电振子的输出电压达到最优,且最佳厚度比随着基板材料弹性模量的增大而增大,当基板材料分别为铝、磷青铜、多晶硅和钢时,单晶压电振子所对应的最佳厚度比分别为0.4、0.5、0.55和0.65,最后对以磷青铜为基板材料的压电振子进行了实验测试.实验结果表明,当压电片与基板厚度比为0.5时,压电振子输出功率最大,验证了理论分析的正确性.     

双振子垂直驱动式压电振动送料器的设计

利用压电陶瓷的逆压电效应,采用上下两个环形压电振子垂直驱动的结构,设计了一种新型压电振动送料器。通过理论分析得出了送料器系统的固有频率以及影响料斗振幅的主要因素。利用Hypermesh软件对整个系统进行了动力学仿真,分析了系统的前三阶振型并得出了系统无阻尼固有频率的理论值为110.95Hz。采用M5螺母为输送物料对样机进行了试验,分析了输送速度以及料斗振幅与驱动电压和驱动频率的关系,并与现有同型号悬臂梁式压电振动送料器进行了性能对比。当驱动电压为240V、驱动频率为系统实际共振频率105Hz时,该新型结构压电振动送料器的输送速度为0.23kg/min,料斗振幅为110μm,可以满足工业生产的需求。     

基于波纹梁的两自由度低频振动能量收集装置

为改善压电式振动能量收集装置固有频率高、能量收集效率低等问题,设计了一种基于波纹梁式压电振子的两自由度振动能量收集装置,并通过理论建模和数值仿真分析其能量收集特性。分析结果表明:与传统的单自由度和两自由度压电振子相比,含有波纹梁的压电振子的固有频率最低,且前五阶固有频率均为0~60Hz;其中,第四阶固有频率为45.92 Hz,比单自由度压电振子低419.9Hz,比传统两自由度压电振子低55.1Hz。同时,在相同条件下波纹梁式两自由度压电振子输出的电压最大,可达到28V。     

45钢/锡铅合金复合结构熔融沉积中熔滴过渡行为

面向45钢/锡铅合金复合结构熔融沉积过程中的锡铅合金熔滴与钨极惰性气体保护焊（TIG）焊接熔池的匹配性需求,基于有限差分方法,采用流体体积法（VOF）建立微喷熔滴形态演变过程数值计算模型,分别研究压电驱动式熔滴微喷过程中压电激振驱动参数和喷头内结构参数对于产生熔滴的尺寸及速度的作用和变化规律. 研究发现,当喷孔直径为0.5~0.6 mm,喷孔深度为5~6 mm,环隙为4~5 mm时,锡铅合金熔滴具有较高的球形度,熔滴可控性较好. 压电陶瓷激振频率和驱动行程对于锡铅合金熔滴尺寸影响不明显,熔滴速度随激振频率和驱动行程的增大而增大. 对比数值计算结果与实验结果,发现锡铅合金熔滴尺寸与熔滴速度最大误差均小于10%,表明利用数值计算模型对熔滴微喷过程进行分析较可信.     

纵向冲击下弹簧连接的压电层合杆波动分析

为保证压电振子在复杂的环境下能进行安全工作,需对压电振子受纵向冲击时的波动问题进行研究.建立了末端连接有弹簧的压电层合杆受刚性球纵向冲击时的模型,考虑力电耦合作用,得到了压电层合杆的纵向波动方程,用拉氏变换的方法并通过引用拉盖尔函数对方程进行了求解,得到了杆内位移和电势的解析解.讨论了拉氏逆变换时所用求解方法的优越性,以及电势波的传播特性和电势的分布规律;分析了压电层和弹性层的厚度比对波速的影响,以及应变波沿杆传播的特性.结果表明:引用函数的方法优于传统方法对波动方程的求解;应变波沿杆的传播特性使波前处应变发生突变,后逐渐恢复.     

压电驱动器和传感器的ANSYS模拟分析

建立了压电材料的本构方程,利用由压电聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)粘结而成的双压电晶片悬臂梁模拟压电驱动器和传感器,使用大型通用有限元软件ANSYS8.0进行模拟分析,并与理论值进行比较,结果表明:ANSYS8.0的模拟结果与理论值十分的接近,因此,用ANSYS8.0对压电材料的驱动器模型和传感器模型进行模拟是可行的.     

Static shape control of a flat shell structure

<正>The eight-node and forty-DOF piezoelectric shell element were applied to shape control of a flat shell structure. By the direct and converse effects, a distributed piezoelectric sensor layer was used to monitor the shape deformation and a distributed actuator layer was used to suppresse the deflection. A finite element model was for static response of laminated shell with piezoelectric sensors/actuators was derived. The model was verified by calculating piezoelectric polymeric PVDF bimorph beam. The results are in good agreement with those obtained by theoretical analysis of Tzou and Hwang . A case study of the static shape control of a flat shell structure is presented.     

Static shape control of a flat shell structure

The eight-node and forty-DOF piezoelectric shell element were applied to shape control of a flat shell structure. By the direct and converse effects, a distributed piezoelectric sensor layer was used to monitor the shape deformation and a distributed actuator layer was used to suppresse the deflection. A finite element model was for static response of laminated shell with piezoelectric sensors/actuators was derived. The model was verified by calculating piezoelectric polymeric PVDF bimorph beam. The results are in good agreement with those obtained by theoretical analysis of Tzou[1] and Hwang[2]. A case study of the static shape control of a flat shell structure is presented.     

悬臂梁单晶压电发电振子电压输出特性的有限元仿真分析

为了解决化学电池为低功耗电子产品供电中存在的问题,对悬臂梁单晶压电发电振子的电压输出特性进行了分析。根据欧拉伯努利方程和压电学理论,建立了悬臂梁式压电发电振子的电压输出特性数学模型,并对压电振子长度、金属基板与压电晶体的长度比,以及金属基板材料对悬臂梁压电发电振子的电压输出特性进行了有限元仿真分析。结果表明：所建立的数学模型与仿真分析结果基本一致;晶体板与金属基板的长度比存在一个最佳值,使得压电振子的输出电压达到最大,且随着金属基板弹性模量的减小,压电振子的输出电压逐渐减小;当金属基板分别为不锈钢、硅、磷青铜和铝合金时,晶体板与各金属基板的最佳长度比分别为0.60,0.65,0.70,0.75。     

多层超声压电传感器的计算方法

系统地介绍了研究多层超声压电传感器中所采用的计算方法．并结合实例对传感器插入损失和阻抗频率特性进行了计算,计算结果与实测结果吻合较好．     

压电阀电-机械转换器结构设计分析

为提高现有喷嘴挡板型电液伺服阀的静、动态性能,采用双压电晶片及铍青铜制作出喷嘴挡板式压电阀的电-机械转换器.针对压电层和金属层的宽度、长度和厚度等结构参数对电-机械转换器静、动态性能的影响进行了理论、仿真及实验研究.结果表明：宽度对静、动态性能没有影响,输出位移同长度的平方成正比.长度增大时,幅频宽和基频减小;金属层厚度或压电层厚度增大时,输出位移减小,幅频宽和基频增大.最后对电-机械转换器的振型进行了仿真分析,结果表明满足设计要求.     

压电发电装置的功率分析与试验

为提高压电发电装置(能量转换系统)的输出功率,建立了简谐激励条件下两种能量转换电路(交、直流输出)功率计算模型,并进行了模拟分析及试验验证。理论研究结果表明,在压电振子开路电压(结构尺寸及激励频率)一定时,存在不同的最佳负载使交、直流输出电路获得最大的输出功率,交流输出的最佳负载及最大功率分别是直流输出最佳负载及最大功率的2/π和π/2倍。试验用压电振子尺寸为58mm×30mm×0.7mm,激励频率为44.3Hz时的开路电压为14.8V。交、直流输出电路所对应的最佳理论/试验负载分别为72/71kΩ和113/110kΩ,最大理论/试验功率分别为0.76/87mW和0.49/4.7mW。     

Inhomogeneity Dislocation Interaction of Piezoelectric Materials Under

The complex potentials method is used to develop a solution for ascrew dislocation interacting with an elliptical piezoelectric inhomogeneity in piezoelectric materials under remote non-uniform antiplane shear and non-uniform inplane electric field. The theoretical analysis result is formulated via the conformal mapping and Laurent series expansion in the transformed plane by using complex variable method. The general expression of the complex variables is dirived explicitly in both the elliptical inhomogeneity and the surrounding matrix     

压电陶瓷能量转换系统

为实现利用压电材料收集人体能量,将其转化成电能在某些特殊应用领域替代电池或自动为电池充电的目的,设计了一个能量转换系统,该系统由压电发电装置和存储与控制电路组成。通过试验的方法研究了压电振子在结构参数、支撑方式等多种因素影响下的发电特性,根据试验取得的优化参数和工作方案设计了压电发电装置,并尝试利用其为无线遥控器供电。经过试验测试,压电发电装置在外接100 kΩ负载时最大输出功率为58.2 mW,连接存储与控制电路时可满足无线遥控器(以开关无线遥控器为例)的使用要求,信号传输距离达到10 m以上。     

金属晶体定体热容的非谐计算

目的计算室温下金属晶体的定体热容.方法采用两类含不同高次项的非谐振子模型,根据非简并微扰法计算非谐项对能级的影响.结果理论计算值与实验值较为接近.结论对不同金属的晶体,采用不同的非谐振子模型的方法是可行的.