压电悬臂梁的力电响应及疲劳寿命分析

压电悬臂梁的力电响应与疲劳寿命是制约振动能量收集器深层次应用的关键。基于分布式参数建模方法,建立了压电悬臂梁的动力学模型,求解了压电悬臂梁的力电响应的解析解;借助有限元方法,开发了压电悬臂梁的仿真模型;通过实验验证了理论模型与有限元模型的准确性;应用仿真模型,分析了压电悬臂梁的几何尺寸、基体层厚度、陶瓷层厚度对力电响应的影响;基于估算的压电材料SN曲线,探讨了各参数对压电悬臂梁疲劳寿命的影响。结果表明：当宽度、基体层和陶瓷层厚度分别从16～24 mm、0.16～0.24 mm线性增加时,压电悬臂梁的疲劳寿命近乎呈现指数形式增加,而压电悬臂梁的长度由48 mm增加到56 mm,其疲劳寿命显著降低。     

悬臂梁式压电振动能量收集器的疲劳分析

压电悬臂梁的力电响应与疲劳寿命是制约振动能量收集器深层次应用的关键。基于分布式参数建模方法,建立了压电悬臂梁的动力学模型,求解了压电悬臂梁的力电响应的解析解;借助有限元方法,开发了压电悬臂梁的仿真模型;通过实验验证了理论模型与有限元模型的准确性;应用仿真模型,分析了压电悬臂梁的几何尺寸、基体层厚度、陶瓷层厚度对力电响应的影响;基于估算的压电材料S-N曲线,探讨了各参数对压电悬臂梁疲劳寿命的影响。结果表明：当宽度、基体层和陶瓷层厚度分别从16~24 mm、0.16~0.24 mm线性增加时,压电悬臂梁的疲劳寿命近乎呈现指数形式增加,而压电悬臂梁的长度由48 mm增加到56 mm,其疲劳寿命显著降低。     

悬臂梁压电系统性能分析与应用研究

基于压电效应,设计了一种包含悬臂梁、压电片、磁铁和驱动马达的新型压电系统,通过对其发电性能的优化分析,将该系统应用于自行车警示灯装置中,并作为自主供电系统.首先利用ANSYS对压电悬臂梁进行结构应力和动力学分析,探讨尺寸变化对发电性能的影响,进一步利用圆盘的转动和磁力的作用使压电悬臂梁弯曲变形并增加其振幅,研究了磁铁不同间距、马达转速对输出电压的影响,并进行了电路分析实验.结果表明:将该压电系统装配在自行车上,车轮转速240 r/min,磁铁间距为15 mm时,可输出4.42 V电压,LED灯能保持稳定点亮状态,作为自行车夜间警示灯使用具有较好的效果.     

压电悬臂梁能量收集及减振研究

根据压电悬臂梁和悬臂梁-质量块振子的理论模型,针对船舶柴油机多振源、高频振动等特点,提出了一种集压电集能和减振降噪两种功能协调工作的多压电悬臂梁装置。运用COMSOL有限元分析软件建立了带质量块的多悬臂梁仿真模型。有限元仿真分析结果表明:压电悬臂梁结构振动频率接近柴油机固有频率时产生共振,振动由柴油机转移到悬臂梁装置,柴油机振动情况明显减少,压电片输出电压和功率分别为5. 88 V和3. 46 m W。压电悬臂梁减振降噪和压电能量收集实验得出:悬臂梁与振动源在频率18 Hz发生共振,振幅由19. 49 d B减少到2. 41 d B,压电片最大的输出电压约为5. 92V,集能效果和减振都较为明显。     

考虑疲劳的压电振动能量收集器发电能力分析

针对压电振动能量收集器的振动疲劳问题,研究疲劳对压电悬臂梁发电能力的影响。以能量收集器用压电悬臂梁为研究对象,通过扫频模态试验和基础激励振动试验测得试验件的应变响应和电压响应。分析数据,讨论基础激励加速度与激振频率对应变响应和电压响应的影响。通过5×10⁵次疲劳循环加载前后试验件的应变响应和电压响应变化情况,研究疲劳损伤对试验件电压响应的影响。结果表明,不同激励环境对压电悬臂梁的疲劳损伤具有不同程度的影响,而压电悬臂梁的电压响应变化与因疲劳损伤导致的疲劳应变响应变化近乎呈正相关性。     

振动疲劳对压电悬臂板电激励响应的影响

针对压电智能结构的动力学设计,研究振动疲劳对双晶压电悬臂板电激励响应的影响。在电压激励下,测试压电悬臂板的自由端位移、致动层根部应变和传感层发电电压随振动循环次数的变化,分析激励电压幅值和电压波形对位移、应变及发电电压的影响,讨论位移响应、应变响应和发电电压响应随振动疲劳的变化情况。结果表明:在45~50 V的激励电压下,激励电压幅值越大,压电悬臂板的电致响应幅值下降越多,疲劳损伤速率越快;正弦波电压激励相较于三角波电压激励更容易导致振动疲劳;由于振动疲劳损伤的非线性,压电悬臂板疲劳损伤前后的位移?应变曲线斜率不再一致,而且疲劳损伤后共振时压电悬臂板根部应变降低。试验结果可为压电智能结构的动力学设计提供数据支撑。     

压电双晶片直接驱动式伺服阀的研究

提出一种利用压电陶瓷片直接驱动的伺服阀,分析了双压电晶片的静、动态特性,制造了双晶片直接驱动式伺服阀样机.该伺服阀具有高于传统电磁式伺服阀的频宽与分辨率,它的机械结构简单,抗干扰能力强.     

悬臂梁基板对压电纤维复合物驱动性能的影响

压电纤维复合物在驱动、传感、结构健康检测等领域具有广泛应用,研究压电纤维复合物的驱动性能对于压电纤维复合物实际应用具有重要意义。通过实验研究不同驱动电压条件(峰值、频率及偏置)对压电纤维复合物悬臂梁结构顶端位移的影响,探讨悬臂梁基板材料与压电纤维复合物驱动性能的关系,基于欧拉-伯努利梁理论利用悬臂梁顶端位移计算压电纤维复合物的驱动力。结果表明:压电纤维复合物的驱动性能具有明显的迟滞性。悬臂梁顶端位移的大小与驱动电压峰的峰值呈线性关系,且其不仅与驱动电压的峰值有关,还与驱动电压的偏置、频率有关。压电纤维复合物的驱动性能随基板不同而不同,其对刚性铝板的驱动力为5.2 m N,对柔性麦拉膜的驱动力为0.2 m N。     

基于谐响应的弹性悬臂梁裂纹识别分析

针对弹性悬臂梁的裂纹识别问题,探讨了谐响应分析在含裂纹梁损伤识别中的应用。首先结合连续介质弹性梁动力学方程和有限元方法,建立了含裂纹梁的受迫振动方程。然后,基于Abaqus平台建立了若干种含V型表面裂纹的悬臂梁有限元模型,在此基础上通过施加外部激励进行谐响应理论分析。最后,探讨了裂纹几何参数和加载位置对谐振频率及谐响应幅值的影响。结果表明,裂纹深度、裂纹位置、裂纹数量以及加载位置对谐响应变化规律有明显影响,为悬臂梁的裂纹识别提供了思路。     

压电双晶片型微位移放大机构研究

介绍了以压电双晶片作为驱动元件,由三角放大机理构造的柔性铰链机构作为位移输出的微位移放大机构。通过理论计算、建模等对微位移放大机构进行设计,制作了微位移放大机构的样机,并进行了试验。对得到的测试数据进行分析,研究结果表明,采用压电材料作为精密设备的驱动元件性能良好,所研制压电双晶片型微位移放大机构原理,可推广应用到其他微位移定位系统,是一项具有实际应用价值的技术。     

压电双晶片型微位移放大机构研究

本文主要研究以压电双晶片作为驱动元件,由三角放大机理构造的柔性铰链机构作为位移输出的微位移放大机构.通过理论计算、建模等对微位移放大机构进行设计;制作了微位移放大机构的样机,并进行了实验测试.对得到的测试数据进行分析,得出了结论:微位移放大机构的行程为0～77.8μm,放大倍数约为6.2倍.     

基于压电双晶片驱动微位移放大机构设计

本文主要介绍了以压电双晶片驱动微位移放大机构的设计,该放大机构以三角放大机理构造的柔性铰链机构作为位移输出。并通过理论计算、建模以及有限元软件对微位移放大机构进行设计,最后制作了微位移放大机构的样机,并进行了实验测试。对得到的测试数据进行分析,结果表明:微位移放大机构的行程为0～77.8μm,放大倍数约为6.2倍。     

等应力楼梯压电俘能装置数学建模与实验研究

为了提高楼梯压电俘能装置的发电效率,设计了一种等应力式压电俘能单元结构,建立了等应力式压电俘能单元结构的压电俘能数学模型;搭建了压电俘能性能测试实验平台,对无等应力块和有等应力块的悬臂梁压电俘能装置进行了对比实验测试,实验结果表明：当振动激励条件相同时,有等应力块的等应力压电俘能装置的集电效率高于无等应力块的悬臂梁压电俘能装置;在低频激励条件下,当激励位移不变时,两种装置的俘能超级电容电压均随激励频率的增大而减小;当激励频率不变时,两种装置的俘能超级电容电压随激励位移的增大而增大。     

压电执行器及其在高响应液压控制阀上的应用

利用某些晶体材料的逆压电特性和现代制造技术制造的压电执行器（电—机械位移转换器）,可具有小型、强力、高响应的特点。本文从小型,高响应液压控制阀的角度,对压电材料及压电执行器的特性及在液压控制阀上的应用现状作一简单介绍     

PZT铁电陶瓷力电耦合的三维相场模拟

利用三维相场理论模拟了铁电材料的自发极化、电滞回线以及力电耦合对畴变的影响.结果表明,外场下的畴变是通过新畴形核及畴壁移动所引起的长大实现的.逐渐改变外场时,在矫顽场附近各类电畴均发生90°畴变,从而导致极化强度突变.沿垂直电场方向加拉,压应变能阻止或促进沿电场方向的畴变.     

复杂激励下变速箱箱体动态响应分析

动态响应分析用于确定结构承受随时间变化载荷时的动力响应,是工程技术中最普遍的分析内容。对于变速箱箱体来讲,由于运行时轴承处作用力是随时间不断变化且不规则的,因此很难建立准确的激励函数并进行动态响应分析。利用ADAMS建立变速箱传动系统的动力学仿真模型,通过多体动力学分析,得到箱体各轴承座处的动态力;在此基础上利用有限元ANSYS软件将轴承作用力施加到箱体上,并对箱体结构进行了动态响应求解,通过实验验证了该复杂响应分析的可行性。     

带悬臂梁的挤压模设计

挤压模的设计对型材的表面质量 ,模具的使用寿命有很大的影响。分析了影响模具寿命和产品质量的主要原因 ,提出了优化设计的原则和具体的措施     

基于双弧超声激励的30钢焊缝性能研究

发展了一种新的双弧TIG焊方法,双弧系统由普通主TIG电弧和超声激励TIG电弧共同组成.超声电弧向焊接熔池注入超声波激励,改善焊缝接头性能.利用主电弧作为主热源,实现焊缝性能与焊接效率的双重改善.将该方法用于30钢的TIG焊接过程,实验分析表明,30钢焊缝微观组织出现了明显的细化,抗拉性能得到明显提高.     

基于压电材料的汽车能量回收装置的研究

针对新能源汽车行驶过程中多余能量回收问题,基于压电材料正压电效应,提出一种新型的回收汽车振动能量的方式,通过安装在液压减震器内的压电材料与活塞结合,将汽车行驶时振动所浪费的能量进行回收并再利用。通过有限元分析软件进行流固耦合分析,得到与压电材料粘贴的基板的合理应力值,并得出振动时基板固定端产生的最大应力为81.099 MPa;同时通过对压电材料和基板的应力分析,得到如何选择压电材料与基板的安装位置和减震液,使压电片振动效果最好,从而使能量回收率效果最好。且不附加传统压电发电装置的质量块,减少了车载附加质量。     

大型悬臂梁的焊接工艺及防止变形措施

悬臂梁作为自升式钻井平台的一个关键部件,承载着整个钻井装置的质量及其动载荷,因此其强度要求和精度要求极为苛刻.为了达到验收要求,本司特聘请美国著名专家与本司工艺技术人员对海洋平台N407悬臂梁制作工艺进行探究.本文主要阐述了悬臂梁的工艺制作流程,为同类构件的加工制作起引导和借鉴作用.