潜水式尾流激振压电俘能器的输出性能研究

为解决水下传感器的自供能问题,提出一种潜水式尾流激振压电俘能器。通过推导的俘能器流-固-电耦合场数学模型,结合有限元仿真模型,获得俘能器的流激力。仿真与试验数据具有良好的一致性,验证数学模型和仿真的正确性。对于振动柱直径为15 mm的俘能器,增加固定柱直径可有效提高其输出性能。当两柱中心距为20 mm时,PEH_05_15俘能器输出最大电压为23.36 V,是PEH_00_15俘能器最大输出电压的1.51倍。PEH_05_20俘能器在中心距为15 mm时输出最大电压为41.85 V,同比无固定柱俘能器的输出电压提升了1.21倍。     

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.     

钢丝滚道球轴承的点接触问题有限元仿真

以某型飞行器三轴仿真转台主轴轴系中的钢丝滚道球轴承为例，通过ANSYS对该滚珠．滚道间的非协调性接触问题进行有限元建模与仿真，发现最大接触应力发生在钢丝滚道的表面，而滚珠的最大接触应力发生在其接触面正下方短距离内。有限元分析结果有力地阐明了点蚀易在钢丝滚道接触表面形成并逐渐扩展的机理。本文的工作为进一步开展钢丝滚道的点蚀及磨损的实验研究提供了理论依据。     

Cymbal压电换能器发电性能的有限元仿真分析

应用有限元法研究结构参数对cymbal换能器性能的影响.首先,以压电方程为基础,应用有限元理论对cymbal换能器进行有限元建模,得出有限元动力学方程.然后应用ANSYS分析了cymbal换能器结构参数对其发电电压和谐振频率的影响.结果表明,为达到更好的发电电压,应该增加cymbal压电陶瓷的厚度tp,增加金属帽内腔底径φc,减少金属帽厚度tm和内腔顶径φd,对每个cymbal系统都存在一个最优的内腔高度dc.基振频率随着tm、dc增加而增加,随φc增加而减少.     

悬臂梁压电俘能器的建模研究

为深入研究悬臂梁式压电俘能器的作用机理,从压电方程和内能平衡出发,建立了悬臂梁式压电俘能器单晶片压电振子、双晶片串联压电振子和双晶片并联压电振子的电压输出灵敏度数学模型.在ANSYS中分别建立了三种压电振子的有限元模型,仿真得到三种压电振子的基板厚度与输出电压的关系曲线,仿真结果表明串联双晶片压电振子的输出电压值最高,且数值模拟曲线和有限元仿真曲线基本吻合,验证了建立数学模型的正确性.     

大功率超声振动拉拔钛合金丝材的实验研究

为促进超声振动拉丝技术的实际应用,解决难拉拔材料的丝材加工问题,建立1套大功率超声振动拉丝实验系统,系统由超声波电源、换能器、变幅杆、传振杆、拉丝模、拉丝机等组成。通过对钛合金丝材未经预处理的直接拉拔实验,考察在实际拉丝加工过程中,超声振动对拉拔力和丝表面质量的影响。实验结果表明：当振幅达到一定值后,能使拉丝机的张力调节周期延长3倍以上,有效减少丝材的不均匀变形,使拉丝过程趋于稳定;当拉拔速度为670mm／s时,可使拉拔力减小近15％,改善丝材的表面质量。     

基于ANSYS的超声拉丝二阶换能系统仿真研究

为了研究变幅杆的不同变截面、变截面倾角对超声拉丝二阶换能系统动力学特性的影响关系,寻求合理的变截面杆组合参数和规律,根据四端网络法和有限元法综合设计了以圆锥型、指数型以及悬链线型为变幅杆上变截面的超声拉二阶换能系统.采用ANSYS软件建立其有限元模型,进行模态分析和谐响应分析,得到谐振频率、振幅和振幅沿着轴向距离的分布规律;并探究二阶变幅杆的三种不同变截面、各变截面倾角对换能系统谐振频率和振幅的影响.分析结果表明,圆锥型变幅杆的二阶换能系统具有最大的振幅和振幅放大倍数.     

不对称悬臂梁压电发电装置的实验研究

为了解决电池为低功耗电子产品供能存在的诸多问题,研究了不对称悬臂梁压电发电机的发电性能,利用有限元方法分析了压电晶体重合度对压电振子输出电压的影响关系,得出了压电晶体最佳重合度并进行了实验验证.研究结果表明,不对称压电振子结构优于完成对称的压电振子结构,当压电晶体间重合度为0.2时,悬臂梁压电振子的输出电压最大,实验结果与有限元分析吻合.当压电振子在负载电阻为15 kΩ时,此时负载与压电振子内阻匹配良好,输出功率达到最大,(为6.8 mW),产生的能量能满足网络传感器等低耗能电子产品的供能需求.     

不同截面形状悬臂梁双晶压电振子发电能力建模与实验研究

为了研究截面形状对悬臂梁双晶压电振子发电能力的影响,本文根据压电方程和热平衡原理分别建立了截面形状为矩形、梯形和三角形悬臂梁双晶压电振子压电发电的数学模型,对截面形状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,并进行了实验验证。研究结果表明,在相同压电材料体积下,三角形压电振子最大输出功率为4.5mW,约为矩形压电振子的3.3倍,三角形压电振子相比于矩形和梯形压电振子具有更大的发电能力,可有效提高有限体积下压电振子的输出特性。