圆锥型压电换能器的动态设计与实验研究

对一种圆锥型夹心式压电换能器进行了动态设计与实验分析。利用有限元分析方法对换能器进行了动态设计,给出了该类压电换能器有限元建模方法,分析了换能器主要结构尺寸对振动模态、固有频率的影响。依据有限元分析结果,提出了一种基于数值分析的换能器优化设计方法,简化了设计过程。在数值分析的基础上,设计、研制了圆锥型夹心式压电换能器,并对压电换能器进行了性能测试。并将实验测试数据和有限元分析结果进行了对比,测试结果验证了数值分析与设计方法的合理性。     

基于ANSYS的Cymbal换能器等效压电常数分析

本文研究了Cymbal换能器的工作机理,用有限元分析方法建立了该换能器的有限元分析模型,制作了几种规格的Cymbal换能器.压电陶瓷PZT-5A作为Cymbal换能器的压电相,铜箔作为端帽电极.分析了压力与Cymbal换能器位移、等效压电常数de33与端帽电极以及压电陶瓷片形状参数之间的关系,确立了钹式换能器的等效压电常数de33达到最大值的结构参数,并且对有限元软件的计算值和试验值进行了比较.     

四立柱压电换能器装配机研制

针对传统压电换能器装配方法中存在的压电换能器电声转换效率低、易发热、陶瓷片易破碎、压电换能器易松开、压电换能器和超声波发生器难以匹配等问题,为实现压电换能器的自动装配,提高装配精度,对压电换能器装配方式进行了研究。通过采用有限元的方法,设计了一种四立柱压电换能器的装配机。论述了该装配机的基本组成部分,并对机械结构进行了力学分析,介绍了电机的控制方法和控制系统的流程。利用该装配机进行了装配,并对新装配压电换能器进行了每天测量。研究结果表明,使用压电换能器的装配机装配效率得到了极大的提升,压电换能器的质量、稳定性和可靠性得到了提高。新装配的压电换能器在装配完后性能仍有一定的提升,在7天之后趋于稳定。     

超声切割用压电换能器理论设计及有限元仿真

基于波动方程和频率方程,建立了电镀金刚石线锯超声切割用压电换能器的解析模型,得到了压电换能器各组成部分的结构尺寸。借助有限元分析软件ANSYS对理论设计的压电换能器进行了动力学分析和优化设计,得到了压电换能器的优化模型。分析结果表明,有限元法对压电换能器的设计和分析具有很好的指导作用。这种换能器具有良好的性能,对下一步的应用研究有重要意义。     

V型压电换能器的有限元分析与实验

为实现对不同方向环境振动能量的收集,提出了一种新颖的V型压电换能器,对其进行了有限元仿真分析和实验测试.有限元分析表明,压电陶瓷片与金属弹性基片之间有一个最佳厚度比,为0.5,使得换能器发电能力最强.随着换能器两金属基片夹角的增大,其输出电压不断减小.实验测试显示,有限元分析与实验结果具有较好的一致性,且都在压电陶瓷片厚度为0.15 mm时,其输出开路电压最大,验证了有限元分析的可靠性,在输出功率测试中,V型压电换能器对外负载供能具有较好的优越性,且在峰值为0.3N的作用力下,输出功率达到22 μW.     

新型多层悬臂梁压电发电装置发电性能研究

为了提高压电发电装置的发电能力,设计一种新型蝴蝶式多层悬臂梁压电发电装置。基于ANSYS 12.0有限元软件,建立三层悬臂梁压电发电装置的有限元模型,对装置进行了静力分析以及模态分析。有限元分析结果表明,该多层发电装置每一层的应力和变形规律基本一致,符合悬臂梁结构的典型特征。在此基础上,建立单层悬臂梁的压电耦合有限元模型,分析每一层悬臂梁模型的固定端(基座)在承受外界激励载荷作用时的电压分布和电压响应曲线。制作了三层压电发电装置,并对装置的应力、固有频率和开路输出电压进行了试验测试,试验测试结果与仿真结果基本吻合。对单层压电悬臂梁在不同外界激振频率和振幅作用下的发电性能影响规律进行了试验与仿真研究。结果表明:该蝴蝶式多层悬臂梁压电发电装置在受到频率为38 Hz,振幅为1.25 mm的环境振动载荷作用时,具有最佳的发电性能。     

高Q_M值夹心式压电超声换能器的设计

为了改善换能器的QM值,降低换能器工作时损耗,设计了一种工作在并联谐振频率的压电超声换能器。根据换能器的频率要求,利用换能器的频率方程完成换能器结构尺寸的设计;使用有限元方法对换能器的结构和性能进行了仿真分析;通过实验分析了压电陶瓷晶片关键参数对换能器性能的影响,提出陶瓷晶片匹配原则,为生产高QM值压电换能器提供了参考。     

结构参数对Cymbal压电换能器发电性能的影响研究

建立Cymbal压电换能器有限元模型,通过时域仿真,分析了Cymbal换能器压电材料厚度、内腔直径和高度、金属端帽厚度等结构参数对换能器输出电压的影响规律。结果表明,为使Cymbal压电换能器得到更好的输出电压,应该选择最优的内腔高度,增大换能器内腔直径、压电材料厚度,同时减小金属端帽厚度和换能器外直径。可为Cymbal压电换能器的结构优化设计提供一定的理论参考,提高设计效率。     

交变载荷作用下Cymbal换能器的压电性能

Cymbal换能器具有较高等效压电常数的特点,使其可能成为开辟新能源的一条有效途径。采用有限元方法对该换能器共振和非共振交变载荷作用下的电耦合场进行分析。计算结果表明,Cymbal换能器在共振交变载荷作用下所产生的开路电压很高,但由于此时所产生的应力较高,使得换能器工作失效;而在低频非共振交变载荷作用下该换能器能够正常工作,并产生与载荷同频率的具有一定幅值的交变电压。仿真结果表明,Cymbal换能器在非共振低频状态下,可以产生与载荷力同周期的具有一定大小的电压,可作为收集常见低频振动将机械能转化为电能的压电换能元件。     

压电微马达有限元分析及实验研究

压电微马达是微型机械领域中的一个崭新课题,本文从动力学角度对压电微马达进行有限元分析,得出固有频率和定子表面切应力场等重要结论,并通过模型样机实验研究验证有限元分析结论的正确性,从而为压电微马达的优化设计奠定了基础。