复合型悬臂梁压电振子振动模型及发电试验研究

单悬臂梁压电振子俘获环境中振动能时,对环境振动频率敏感且频带有限,在谐振频率与环境振动频率不匹配的情况下,会导致压电振子俘能效率低下。基于此,设计复合型悬臂梁压电振子并建立其振动模型,采用激光测振仪对复合型悬臂梁压电振子进行扫频测试。研究结果表明,复合型悬臂梁压电振子谐振频率范围为56～72Hz,与理论分析结果基本吻合,试验验证了理论模型的正确性。相比于单悬臂梁压电振子,复合型悬臂梁压电振子有效地拓宽了其谐振频带,易于实现与环境振动源振动频率匹配以提高压电发电效率。在此基础上,进行复合型悬臂梁压电发电装置的发电能力测试,在负载为820?,工作频率为60Hz时最大输出功率达到4.9mW,产生的能量能够满足网络传感器等低耗能微电子产品的供能需求。     

辐射场型压电振子的谐振特性研究

介绍了一种新型的辐射式场压电薄膜.采用有限元软件ANSYS建立辐射场螺旋电极振子有限元模型,仿真压电振子的横向振动响应.通过分析振子的谐振响应,获得了螺旋型电极参数对压电振子谐振频率的影响规律.利用阻抗分析仪对辐射场型螺旋电极压电振子的谐振频率进行了实验测试,并与仿真结果进行了对比,两者基本吻合,验证了有限元模型的可靠性.此外,研究结果表明,采用直径较大的PZT,可以明显减低振子的谐振频率,且在相同的激励下,获得的应变较小.     

超声振动减摩性能的实验研究及理论分析

以超声减摩的核心构件压电振子为研究对象，在测量压电振子参数的基础上通过改变压电振子的工作电压，测量压电振子振动时辐射端面与特定的工作表面间的摩擦系数的变化规律，通过有限元法计算压电振子的振动模态，分析超声振动的减摩机理，以便进行适当的结构设计，利用超声振动的减摩性能制造出超声波悬浮轴承。研究证明，超声振动具有良好的减摩性能，压电振子处于纵向振动模态时减摩效果最好。     

超声传感器特性参数测量

针对超声PT(process tomography)成像所使用的压电传感器应与激励源阻抗匹配的要求,采用导纳圆方法,剖析了压电传感器振子的谐振频率特性.自制水声收、发两用压电传感器,并采用相位跟踪法,设计了传感器参数测量电路.参数测量结果表明:当传感器振子处于自由状态下,其谐振频率和反谐振频率较低;处于夹持状态下,传感器谐振频率和反谐振频率较高,反谐振等效电阻阻值明显增加,达到12 kΩ.     

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。     

超声美工刀压电振子的优化设计

本文用有限元分析软件ANSYS对超声美工刀结构进行模态和谐响应分析,得出压电振子的纵向振型、谐振频率、位移曲线以及导纳曲线。用阻抗仪测试了加工出的压电振子,其结果与ANSYS分析结果非常相似。在显微镜下CCD拍摄,观察压电振子的工作振型为纵振。通过两种不同刀头的实验对比,发现超声美工刀弯刀头在切割材料方面比超声美工刀原装刀头输出功率更大。     

三分频式压电骨传导助听装置的仿真与测试

设计了一种采用3个结构尺寸不同的压电振子进行电信号-音频信号转换的三分频式压电骨传导助听装置,该装置可以适应较宽的工作频率范围。对压电振子进行了模态仿真分析和谐响应仿真分析,得出了压电振子最佳振型和谐振频率,确定了各个压电振子的工作频率段。根据仿真结果设计制作了三分频压电骨传导助听装置试验样机,对样机的幅频特性和响度进行了试验测试。结果显示:助听装置中低频、中频和高频压电振子的最大振动幅值分别为86.08μm、34.24μm和1.545μm,且处于各自振动频率段内;低频、中频和高频压电振子在各自频段内响度最大,各频段的最大响度值依次为69.1dB、98.3dB和117.1dB。由于3个压电振子同时工作时,各频段声音都能得到较好的响应,因此拓宽了声音的响应频域。     

铸造用超声换能系统的动力学特性

基于有限元法和试验测试,研究了铸造用超声换能系统动力学特性。借助ANSYS压电耦合分析功能,分析了该超声换能系统常温下的谐振频率、振型及端面输出振幅。进行了瞬态热传导仿真,得到了超声换能系统铸造条件下1 200s内温度分布,在此基础上求得了超声换能系统在不同温度场下的谐振频率。通过激光测振仪及铸造试验对仿真结果进行了验证,分析和试验结果对超声换能系统优化及频率跟踪功能设计具有一定的指导意义。     

一种超声振动辅助粉末去除装置振子的有限元分析

基于压电陶瓷的逆压电效应,设计了一种超声振动辅助粉末去除装置,用于去除挂钩表面粘附的粉末。使用有限元分析软件ANSYS对超声振动系统中的振子进行了结构动力学模态分析、谐响应分析和瞬态分析,得出了振子的振动模态、谐振频率、幅频曲线、导纳曲线、导纳圆和瞬态振动曲线及相关数据,对后期该振子的制作以及超声振动辅助粉末去除装置的实现起到了重要的理论指导作用。     

充液对压电振子超声振动频率的影响研究

振子在不同边界条件下模态将有较大的变化,利用ANSYS有限元模拟,对空心振子充液前后进行了对比模拟,并进行了振子的实际测试实验,探究了充液对空心振子超声振动模态频率的影响。有限元模拟分析及振子实际测试表明,空心振子在充液后,同阶振动频率将会降低,并且频率降低的幅度随着所充液体密度的增大而增大;对空心振子纵弯模态频率在充液前后的不同变化情况进行了研究与比较,对比发现,充液条件对于弯曲模态频率的影响大于对拉伸模态的影响;充液压电振子的幅频特性曲线呈非线性,软特性。为超声压电振子的模态频率微调提供了理论与实验依据。     

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.     

仿尾鳍压电双晶片无阀泵的模拟与试验

通过模仿金枪鱼的鱼体结构,将泵振子的摆动端设计成柔性小翼,使得振子摆动更接近于真实鱼尾的摆动.数值计算及激光扫频试验表明,压电层合结构悬臂梁的1阶振型机电转换效果最差,2阶和3阶的均能获得较好的机电转换效果.分析了振子在水中振动的固有频率和振型,并通过激光多普勒测振仪对振子的振动做了测振试验,数值计算得到的振型和激光扫频试验结果相一致.2阶和3阶的固有频率仿真结果和激光扫频结果分别相差1.6%和0.3%.研制了泵的样机并测量了激励电压在60V时泵的流量.振子工作在2阶振型时,谐振频率为740Hz,泵的流量为266mL/min.振子工作在3阶振型时,谐振频率为1280Hz,泵的流量为105mL/min.在相同电压激励下,泵的最大流量较同类型泵提高了160%.     

用于超声电火花复合加工的压电振子优化设计与实验

提出一种用于超声电火花复合加工的压电振子,并对该振子进行研究.使用有限元分析方法对该压电振子进行计算,通过对压电振子的结构参数动态优化,使其具有合适的纵振模态和频率、驱动端具有较大振幅、陶瓷片和安装盘位于合适位置,从而满足超声电火花复合加工要求.最后进行压电振子动态特性实验,分析结果与实验结果基本符合.     

压电振子及流体对泵近场噪声的影响

研究了压电振子的弯曲振动形变及振动辐射噪声.首先建立压电泵压电振子振动方程,导出弯曲振动形变函数;提出用微平面活塞振动理论简化压电振子振动模型,推导了近场声压理论计算方程及泵内流体对泵噪声贡献量方程;最后把理论计算结果与试验结果进行比较分析,分别得出在不同频率下压电振子及泵内流体对泵噪声贡献的大小.在输入频率为50 Hz时,泵噪声的理论值为45 dB,实际值为37 dB,泵内流体对泵噪声的影响较大,实际值与理论值的相对误差为21.6%;在输入频率为120 Hz时,泵噪声的理论值为61 dB,实际值为62 dB,泵内流体对泵噪声的影响较小,实际值与理论值的相对误差为1.6%,证明了本研究所提出理论的正确性.     

复合弯曲振动压电换能器及振动分析

在考虑双迭片之间的相互耦合作用的基础上,研究了自由边界条件下的双迭片弯曲振动复合压电换能器的设计方法。从压电方程和弹性力学的运动方程出发,推导出了自由边界条件下的复合压电振子的严格频率方程,并利用有限元软件进行了仿真计算。最后,加工了数个换能器,对其频率及振幅作了测试。结果表明:理论计算频率与实际测试频率相符,可以依据此理论计算设计实际用弯振换能器。     

一种新型菱形压电振子的设计及其驱动轨迹研究

为了给某型转台提供压电驱动装置,设计了一种新型2自由度菱形压电振子。对此新型振子进行结构设计,并运用ANSYS软件进行了模态分析,根据分析结果确定了振子的激振频率。对菱形振子的驱动轨迹进行理论计算,并运用Comsol软件进行仿真,仿真结果表明驱动轨迹成立,与轨迹理论计算吻合,证明了此压电振子可以提供相应的驱动。进一步对振子的驱动方式进行改变,从而得到了改进的振子,对该改进设计进行Comsol仿真,结果表明驱动轨迹在x-z面内提高了73.3%,在y-z面内提高了128%,此菱形压电振子对后续压电电机的设计提供借鉴。     

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.     

汽车后视镜压电除雨器理论及试验研究

为了解决汽车后视镜雨天视线模糊的问题,提出了一种利用压电振子作为驱动源的汽车后视镜除雨器,设计了除雨器的结构,建立了其有限元模型,并对其整体和关键部件压电振子进行了仿真分析.制作了样机,并对影响后视镜除雨效果的镜面振幅变化规律进行了测试,测试了在对称波正弦波作用下振幅随频率、电压幅值的变化情况.另外,还对除雨效果与Z型振子的角度的关系进行了试验.仿真和试验结果表明,镜面振幅在谐振频率处得到最优除雨效果;镜面振幅随电压增大而增大;除雨器的除雨效果随Z型振子角度增大先增大后减小,当Z型振子角度为60°时除雨效果最佳.     

带有1/4波长指数形复合变幅杆的超声换能器设计

介绍了适合于旋转超声加工的纵向复合式超声换能器的设计.对其进行了理论分析,详细阐述了结构特点、振动方程、振速分布及应力分布等,并获得了换能器振子振幅放大系数、位移节点及应力极大点等参数.然后采用有限元软件ANSYS对其进行模态和谐振分析,得到的结果与理论结果比较.满足工程设计的需要,表明采用有限元法进行分析能够获得较高的精度.     

基于振型假定的直线超声电机动力学模型分析

基于分析动力学的哈密顿原理,采用假定将纵弯直线超声电机压电振子的复杂振动在模态域内等效成单自由度系统的简单振动,建立了基于压电陶瓷诱发应变激振的超声电机压电振子的机电耦合动力学模型,通过实例计算验证该模型是较准确的,可以用于指导超声电机的结构优化设计和参数化分析.