镶拼式复合压电超声换能器的径向振动特性

对一种镶拼式复合压电超声换能器的径向振动特性进行分析。该镶拼式复合压电超声换能器由弹性内芯、矩形压电陶瓷晶堆环组及金属预应力管径向复合而成。采用压电陶瓷晶堆,可大幅提高换能器的功率容量及有效机电耦合系数。依据机电类比原理,得出换能器的机电等效电路和共振频率方程;探讨换能器的第1、2阶共振和反共振频率及机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系,并进行有限元仿真分析和试验测试。研究表明,换能器第1阶径向共振及反共振频率随其内芯内径及预应力管外径增大而降低;第2阶共振频率随内芯内径增大存在极小值,但随预应力管外径增大而下降,并且第2阶共振模式的有效机电耦合系数较高。对换能器共振频率的测试和仿真表明,理论与试验及仿真结果相符合。     

泵用两叠片圆形压电振子的弯曲振动分析

为提高微型压电泵的输出能力,采用瑞利法对固定边界条件下两叠片压电振子进行了理论研究。以压电晶片与金属基板的厚度比α、直径比β(称结构参数)为变量,推导出了压电振子谐振频率及有效机电耦合系数的计算方法。通过编程计算即可获得压电振子的有效机电耦合系数和谐振频率,进而优选压电振子的结构参数。以日本产压电振子为例进行了谐振频率的计算,并与阻抗分析仪的测试的谐振频率进行了比较,二者比较接近。研究结果表明,结构参数的变化对压电振子的谐振频率和机电耦合系数影响较大,当结构参数α、β分别为0.3和0.6时,压电振子的最大有效机电耦合系数为0.52。     

压电相含量和聚合物性能参数对1-3型压电复合材料压电性能影响的有限元模拟

采用有限元软件模拟了压电相体积分数,聚合物弹性模量、泊松比对1-3型压电陶瓷复合材料压电性能的影响,并进行了试验验证.结果表明:压电相体积分数为30％～85％时,复合材料的机电耦合系数较高且变化不大;随聚合物弹性模量和泊松比增大,复合材料的串联谐振频率增大,机电耦合系数减小;建立的有限元模型对相对较硬聚合物填充复合材料的串联谐振频率和机电耦合系数的模拟较准确,相对误差均不超过5％,但不适用于相对较软聚合物填充复合材料机电耦合系数的模拟.     

独特谐振模式下薄膜体声波谐振器的设计

计算了四层复合结构的薄膜体声波谐振器(FBAR)的输入阻抗谱,各层采用的材料分别是Al/AlN/Al/Si,其尺寸为0.8 μm/1.9 μm/0.8 μm/100 μm,得出其有效机电耦合系数k²_eff随谐振模式的分布情况,从而得到最大k²_eff的独特谐振模式在1~2 GHz为第40阶谐振模式。从理论上探讨了各层的尺寸及材料属性对该独特谐振模式及其频移的影响,以及串联谐振品质因数FOM等滤波器设计的主要性能参数在该模式下的分布情况。实验结果表明,工作在独特谐振模式下的FBAR的性能依赖于各层材料尺寸,当压电层厚度从0.2 μm变到4.3 μm时,特殊谐振模式频率从1.2 GHz增加到4.8 GHz;当基底厚度变厚时,有效机电耦合系数从3.2%变到0.8%,串联品质因数从2 000变到700;而电极变厚后,有效机电耦合系数趋于一个稳定值。这些数据在实际设计过程中对滤波器的微调具有参考意义。     

基于能量法的双晶压电悬臂梁发电装置机电耦合系数分析

针对双晶压电悬臂梁发电装置机电两类能量通过压电效应耦合强弱的问题,将能量法应用到双晶压电悬臂梁发电装置机电耦合系数的分析中。开展了双晶压电悬臂梁发电装置机电耦合系数的理论分析,并建立了其与双晶压电悬臂梁发电装置尺寸参数和材料特性之间的关系,对双晶压电悬臂梁发电装置机电耦合系数与其尺寸参数和材料特性的关系模型进行了实验验证和数值模拟。研究结果表明,实验值与理论解有较好的一致性,且都在压电片厚度为0.25 mm时开路电压最大,验证了该理论模型的可靠性。此外,随着压电梁厚度比的不断增大,其机电耦合系数单调递增;同时,较大的弹性模量比有利于压电梁机电耦合系数的提高,且相对于钢弹性基片,铍青铜弹性基片更有利于压电梁机电耦合系数的提高。     

压电电极对圆杯形陀螺振子振动特性影响分析

压电电极作为圆杯形谐振陀螺的驱动及检测换能器,直接影响振子的振动特性及陀螺性能.针对合金振子的振动特性,建立了压电电极的机电耦合模型,通过有限元方法重点分析了不同结构尺寸的压电电极对谐振子谐振频率、频率裂解、输出增益及等效应力的影响,得到了优化结构参数(8 mm ×2 mm×0.3 mm),并进行了试验验证.结果表明:电极结构变化对谐振子的谐振频率和频率裂解的影响都很小,分别在10 Hz和2 Hz以内,而对输出增益和应力的影响随长、宽、厚有规律变化.研究工作为陀螺电极设计、陀螺性能提高提供了依据.     

径扭复合模式盘形压电超声换能器

提出一种新型的斜缝式结构径扭复合模式振动盘形压电超声换能器,并对其径扭复合模式振动进行了理论和试验研究。通过对斜槽处应力的分解,引入两个机械转换系数,依据机电类比原理,建立起换能器的径扭复合模式振动耦合机电等效电路模型,从等效电路得到换能器的径扭复合振动频率方程,探讨狭缝的斜角对换能器共振频率的影响,数值计算表明换能器共振频率随斜角增大而降低。试验加工三个不同斜度狭缝的换能器,并对其共振频率进行了测试和有限元法模态仿真计算,结果表明,理论与仿真值及试验结果吻合较好。     

纵向压电式换能器模态分析及实验研究

超声换能器是超声加工乃至超声学的核心部件,在研究功率超声换能器基本理论的基础上,进行大功率纵向压电式复合换能器的研制,得出了适应超声加工的大功率纵向压电式换能器的合理结构形式和设计参数,确定了所用压电换能器结构参数及前后盖板振速比,并采用有限元法对换能器进行振动模态分析,确定换能器辐射端面的最佳振动模态及其纵向谐振频率,并通过实验研究加以验证.研究表明,换能器辐射端面振幅在谐振点处最大;当频率一定时,振幅随着功率的增大而增大,当频率离开谐振点频率越远,振幅逐渐减小.     

带工具的超声打孔换能器设计与分析

根据一维传输线理论设计了超声打孔换能器,采用Abaqus有限元分析软件对换能器进行模态和谐响应仿真分析,研究工具在不同直径、长度以及不同安装位置对换能器的谐振频率、节点位置的影响。仿真结果表明:工具直径和长度对换能器谐振频率的影响呈线性变化,随着工具尺寸增大换能器谐振频率降低,而刀具安装位置对位移节点位置的影响很小。     

超磁致伸缩功率超声换能器振动系统分析

稀土超磁致伸缩材料（GMM）是近年来发展起来的一种新型功能材料,具有磁致伸缩应变大、磁机耦合系数高、响应速度快、能量密度高等优异特性,已在机电领域显示出良好的应用前景。介绍了超磁致伸缩功率超声换能器的结构以及工作原理,利用有限元方法建立了换能器的振动模型,并推导出换能器的谐振频率表达式,其数学模型与ANSYS仿真表明所建立的仿真模型可以反映出换能器结构与谐振频率之间的关系。结果表明该方法是可行的,开辟了求解磁致伸缩问题的新思路。     

复杂激励环境下精密隔振系统的振动传递率研究

在分析基础干扰单独作用下被动隔振系统和主动隔振系统振动传递率的基础上,定义了基础干扰和直接干扰同时作用的复杂激励环境下隔振系统的振动传递率概念,推导了复杂激励环境下被动隔振系统和主动隔振系统振动传递率的有关计算公式。系统研究了复杂激励环境下加速度反馈、速度反馈和位移反馈对隔振系统振动传递率的影响。     

一种实用振动工艺系统的建模及振动分析

振动系统常用于处理机械零件,但是缺少实用的理论模型。本文针对一种典型而实用的振动工艺系统,提出了一种基于微分方程的数学模型,同时进行了力学与运动学分析。     

线性周期时变振动系统的参激振动分析

通过李雅普诺夫变换，对线性周期变系数振动系统的参激振动现象进行了理论分析。基：~Floquent理论．讨论了线性周期时变振动系统的临界速度问题。通过分析得出，当系统的主频率彼此不相等时，系统将出现参激组合共振现象。当系统处于临界状态时．系统做周期自由振动．系统解的形状将呈现多种固有形式。     

振动参数对超声椭圆振动切削的影响

基于超声振动切削原理和金属切削原理,利用有限元软件MSC/MARC建立了二维热力耦合正交切削有限元模型,对超声椭圆振动切削45钢的切削机理进行了研究,得到了切削温度及切削力的瞬时变化规律.     

卧式振动离心脱水机的振动模态

通过卧式振动离心脱水机的振动模态实验研究了机壳及支撑体、筛篮的各阶振动模态、振型及振动轨迹。结果表明:底座与支撑体的第一阶固有频率与离心脱水机稳定运转时振动电机产生的激振力频率比值小于0.54,筛篮的第一阶固有频率与离心脱水机稳定运转时振动电机产生的激振力频率比值大于0.85。振动离心脱水机停机过程中将经过壳体及支撑体、筛篮的共振区。加工物料时,筛篮等组成的振动体对振动电机产生的激振作用力进行了吸振。     

弯曲振动圆盘振动参数设计方法

弯曲振动圆盘作为超声珩磨的重要传声组件，其参数设计好坏对加工效果起着至关重要的作用。文中通过对弯曲振动圆盘固有频率的几种计算方法与实验结果的比较，得出了合适的圆盘振动特性参数计算公式；通过实验，发现圆盘的振动是以弯曲振动为主，且存在一定反射波的迭加；论证了局部共振理论，是复合系统的某些频率与工具杆在固定一自由条件下的谐振频率一致或接近时出现的现象。所获得的结论，对弯曲振动圆盘的尺寸设计和应用具有一定的参考价值。     

超声波振动珩磨振动系统试验研究

论述超声波振动珩磨振动系统的原理,通过振动试验分析振动系统中的变幅杆、弯曲振动圆盘、振动子系统的振动效果。     

动力吸振器在摩托车振动控制中的应用

在探讨动力吸振器设计方法的基础上,设计了一阻尼式动力吸振器DVA(DynamicVibrationAbsorber),对理论计算值进行了试验验证,并将其应用于某摩托车的振动控制中。整车振动试验表明,该动力吸振器能有效地控制该车手把在发动机高转速时的振动。