振动固定板结构体积位移的获取

在低频时控制振动板结构的体积位移是降低结构总声功率的一种有效策略.提出一种阵列式压电式传感器的设计方法测量固定板体积位移.通过对PVDF传感器阵列输出信号设计的加权系数,使PVDF传感器阵列输出信号为相应结构体积位移.结果表明这种阵列式PVDF传感器的加权系数与施加在振动板表面的外激励力性质(如激励力类型、位置等)无关.并且分析了影响阵列式PVDF传感器的各种因素及其适应性.     

通过PVDF阵列设计阶梯梁的模态传感器

以两端固支阶梯梁为例,通过高分子压电薄膜(Poly Vinyli Dene Fluoride,PVDF)传感器阵列测量其模态坐标。在该阶梯梁表面均匀黏贴一组相同形状的矩形PVDF薄膜,首先通过实验方法直接测得该阶梯梁的曲率模态,然后把曲率模态作为这组PVDF输出信号的加权因数,从而得到所需的模态坐标。实验结果表明,这种传感器设计方法是可行的,并且PVDF阵列式模态传感器具有在不均匀梁结构表面布置方便,能准确、方便的测出实验曲率模态,不受激励力位置影响,滤波效果好等优点。     

对体积位移传感器的研讨

以不同边界条件的振动梁为例,提出通过分部积分方法设计特定形状的PVDF薄膜测量体积位移。这种分部积分方法得到的PVDF传感器形状不但与外激励力的性质（如激励力类型、位置以及频率等）无关,而且不需要振动梁的模态信息。研究表明,可以把振动梁的边界条件分为两类,即一端固定一端任意和两端位移为零,对于每一类边界条件可以用一种特定形状PVDF传感器测量其体积位移。     

对体积位移传感器的讨论

以不同边界条件的振动梁为例,本文提出通过分部积分方法设计特定形状的PVDF薄膜测量体积位移。这种分部积分方法得到的PVDF传感器形状不但与外激励力的性质（如激励力类型、位置以及频率等）无关,而且不需要振动梁的模态信息。研究表明,可以把振动梁的边界条件分为两类,即一端固定一端任意和两端位移为零,对于每一类边界条件可以用一种特定形状PVDF传感器测量其体积位移。     

利用PVDF阵列测量结构曲率模态的实验

提出利用PVDF阵列直接测量结构曲率模态。在振动梁表面均匀布置一组PVDF压电薄膜,测量结构在外加点激励作用下的动态响应,得到频率响应函数,进而通过模态软件对数据进行分析,得到其曲率模态。数值分析和实验结果表明：利用PVDF阵列可以有效地测量得到结构的曲率模态,且方法与激励力位置无关。由于方法操作简便,PVDF压电薄膜附加质量可忽略不计,与常规通过模态振型计算曲率模态的方法相比具有明显优越性。     

通过阵列传感器获取固定板声辐射模态伴随系数

以固定支撑板为例,提出一种阵列式压电式传感器的设计方法测量前三阶声辐射模态幅值.在振动板表面布置一组形状相同的矩形PVDF(Polyvinylidene fluoride聚偏氟乙烯)薄膜作为传感器,根据所需要的声辐射模态伴随系数,通过对PVDF传感器阵列输出信号设计的加权系数,使PVDF传感器阵列输出信号为相应的声辐射模态伴随系数.结果表明这种PVDF传感器阵列设计与外激励力性质(如激励力类型、频率以及位置)无关,而且适用任意边界条件板结构.     

基于PVDF压电传感器测量振动结构体积位移

控制振动板结构的体积位移是降低结构总声功率的一种有效策略。本文以工程常见四端位移为零的振动板为例，提出一种新的压电式传感器的设计方法测量体积位移。利用正弦函数展开近似表示固定板振动位移，通过设计特殊形状的PVDF压电薄膜，使PVDF输出信号为所需要的振动结构体积位移。结果表明这种体积位移传感器不仅适用四边简支、四边固定以及介于两者之间的边界条件板结构，而且作为一种误差传感器测量振动结构体积位移是可行的。并对实验数据进行了分析比较。     

弹性梁结构PVDF模态传感边界约束影响分析

由于聚偏氟乙烯(PVDF)具有质量轻、高输出灵敏度以及易剪裁等优点,PVDF模态传感器广泛应用于振动噪声控制领域。现有的研究工作多局限于经典边界条件,而实际工程中经常遇到弹性约束边界,绝对理想的经典边界条件并不常见。将改进傅里叶级数方法拓展至弹性约束梁结构的模态传感器设计,将弹性梁横向位移展开为傅里叶余弦级数和边界补充项以克服位移函数导数存在的不连续问题,结合Rayleigh-Ritz方法和模态正交特性得到PVDF模态传感器形状函数以及二次导数。通过数值计算表明,边界约束刚度变化将导致PVDF模态传感器形状变化存在刚度敏感区,在该区域形状变化明显。相比其他方法,此方法计算简便,通过调节边界刚度值可以实现经典边界和任意弹性边界约束条件,边界约束刚度的变化不需要重新计算方程和程序编写。     

基于应变模态的连续梁动挠度识别

为了实现基于应变测量的连续梁动挠度识别,提出了一种基于应变模态的梁结构动挠度监测方法。利用应变传感器进行应变测试获得梁的动应变数据,由动应变数据的互相关函数求出应变模态振型,利用应变-位移转换关系求出位移模态振型,再由动应变数据和应变模态振型计算出位移模态坐标,最后根据计算出的位移模态坐标叠加位移模态振型得到梁结构的实时挠曲线,从而实现对动挠度的监测。为了验证方法的有效性,对连续梁在脉冲激励及地震作用下的动挠度进行了数值模拟,并进行了简支梁力锤锤击实验。数值模拟及实验的结果表明,基于应变模态监测梁结构动挠度是可行的,且具有较高的精度。     

MEMS三维微触觉力传感器标定方法

针对一种微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)三维微触觉力传感器,采用悬臂梁弯曲变形获得了标准微小力信号,通过测量传感器敏感梁弹性导致的传感器测杆的微小位移量,对标定过程中的误差进行了补偿,实现了三维微触觉力传感器的精确标定.建立了MEMS三维微触觉力传感器标定系统,对悬臂梁的弹性系数进行了标定,对传感器测头输出的微小电压信号设计了线性化的信号调理电路.标定过程中考虑了由于传感器敏感梁弹性变形导致的传感器测杆的微小位移量对标定精度的影响.采用高精度的纳米测量机(nano-measuring machine,NMM)对传感器测杆的位移特性进行测量,利用该参数对传感器的力特性系数进行误差补偿,最后根据传感器输出的初始电压和力特性系数建立了传感器的力特性输出方程.     

变截面梁横向振动特性的半解析法

提出一种计算变截面梁横向振动特性的半解析法。基于欧拉-伯努利梁理论给出的弯曲刚度、质量分布沿梁轴线连续或非连续变化的变截面梁横向振动方程;将该变截面梁等效为多段均匀梁,并基于相邻两段连接处的位移(位移、转角)和力(弯矩、剪力)的连续条件,建立了两相邻均匀段之间模态函数的关系;针对简支边界条件给出了计算变截面梁横向振动固有频率的特征方程和模态函数,并用Newton-Raphson方法计算其固有频率。通过与有限元法的数值结果比较说明半解析解的高精度和有效性。     

变截面粱横向振动特性半解析法

提出一种计算变截面梁横向振动特性的半解析法.基于欧拉-伯努利梁理论给出的弯曲刚度、质量分布沿梁轴线连续或非连续变化的变截面梁横向振动方程;将该变截面梁等效为多段均匀梁,并基于相邻两段连接处的位移(位移、转角)和力(弯矩、剪力)的连续条件,建立了两相邻均匀段之间模态函数的关系;针对简支边界条件给出了计算变截面梁横向振动固有频率的特征方程和模态函数,并用Newton-Raphson方法计算其固有频率.通过与有限元法的数值结果比较说明半解析解的高精度和有效性.     

功能梯度材料梁的非线性随机振动响应

基于大变形理论建立功能梯度材料(FGM)梁运动方程,将梁的横向位移假定为时间函数和梁线性模态乘积之和,利用伽辽金方法离散为非线性常微分方程组;然后,运用等效线性化方法求得随机激励作用下简支约束的功能梯度材料梁均方位移,与NewMark法和蒙特卡罗方法获得的结果对比,验证该等效线性化方法的可靠性.最后讨论材料梯度指数、激励强度和梁长细比对功能梯度材料梁振动响应的影响.     

基于分布式压电传感器的结构表面体积速度测量实验研究

以简支矩形薄板为研究对象,首先在波数域内对结构振动体积速度与辐射声功率的关系进行分析,推导出反映结构模态对体积速度贡献规律的数学表达式.在此基础上,结合PVDF压电薄膜的电荷输出方程,利用三角函数的正交性,给出一种新方法来设计体积速度传感器,并针对具体模型进行了结构体积速度测量实验研究.结果表明,所设计的分布式体积速度传感器具有较好的传感精度,进而说明了方法的正确性.同时还发现PVDF压电薄膜制作工艺与粘贴位置的偏差对其传感精度在一定频带内有较大影响,并且对不同位置激励下传感的影响程度不同.     

考虑质量偏心的阶梯梁-基础的强迫振动计算

轴系的质量非均匀会导致纵横振动的耦合,结合导纳综合法与改进的传递矩阵法,针对质量偏心阶梯梁-弹性基础模型,提出了一种理论/实验混合计算方法。通过与有限元计算结果对比,验证了方法的正确性;考察了质量偏心对系统响应的影响。结果表明:在垂向激励下,质量偏心对系统的垂向位移响应无影响,但是会使系统产生纵向位移响应;由于纵向位移以eθ的形式被引入弯-纵耦合振动方程,因此其频率特征与垂向响应一致,且其幅值与偏心程度成正比。     

电磁力驱动的微夹持技术

在生物操作和微装配中,需要微力传感器控制操作过程,以保证操作的有效性.为此,设计了集电磁力驱动和压电传感于一体的夹钳,利用螺线管与小永磁体产生的排斥力驱动夹钳闭合,通过改变螺线管电流的大小来控制夹钳夹持力.夹钳夹持物体时,聚偏二氟乙烯(PVDF)产生压电效应输出电压,电压的数值确定了夹持力.利用共振频率方法测量PVDF膜片刚度,结合显微视觉系统测量膜片变形,可以确定夹钳受到的力,从而获得夹钳受力与输出电压的关系.实验结果表明,采用共振频率方法精确测量出的膜片刚度为110.7μN/μm,夹钳力传感分辨率为1.1mN.     

PVDF压电薄膜测量脉动压力可行性研究

PVDF压电薄膜是一种新型的高分子聚合物型传感器材料,具有高的压电常数,质量轻、柔性好、加工性能好、频率响应宽、对高频激励实用性强等优点,该文利用PVDF薄膜的压电特性设计了一种传感器,通过对传感器测试发现,在测量压力范围内,PVDF压电薄膜传感器具有良好的线性度、较高的灵敏度、较宽的频域响应、较低的迟滞性误差和重复性误差,并且温度对传感器的灵敏度影响较大,实际测试时需考虑温度的影响,激励测试表明PVDF压电薄膜传感器满足测量脉动压力的需求。     

一种测量一维结构振动功率流的新方法

通过设计正弦和余弦形状PVDF传感器，提出了一种测量一维结构振动功率流和位移的新方法，并与用压电加速度传感器的测量结果进行了比较，结果表明：这种新的测量方法测量方便、数据精确，完全可以取代传统测量方法。并且PVDF传感器还可以同时测量角位移、弯矩、剪力等其它振动量，因此这种传感器功能齐全、应用广泛，具有重大的研究价值和现实意义。     

均匀流下柔性立管涡激振动响应及涡激力载荷特性研究

采用模型试验的方法研究了均匀流下柔性立管的涡激振动(VIV)响应特性及涡激力载荷特性。对均匀流场中柔性立管的VIV响应特性进行了分析,而后通过欧拉-伯努利梁动态响应控制方程和最小二乘法求取了柔性立管顺流向(IL)和横流向(CF)的涡激力系数。研究结果表明:均匀流下柔性立管的VIV为位移和主导频率不随时间变化的稳态响应,顺流向涡激振动的主导频率为横流向的2倍;柔性立管的激励系数与强迫振动试验获得的系数不一致,无因次频率处于激励区间的激励系数存在负值,激励系数不仅和无因次频率及无因次振幅相关,还与CFIL方向位移相位角相关;在无因次频率0.13~0.22时,横流向的附加质量系数在1.5~3.0振荡变化;而顺流向的附加质量系数在无因次频率在0.26~0.42内从-1.0迅速增大到1.2后基本保持不变。     

通过模态滤波实现阵列式传感器系统的故障诊断

基于结构振动响应特性利用改进的模态滤波方法对阵列式传感器系统进行故障诊断。在梁结构表面均匀布置一组加速度计,利用模态振型对该系统的输出信号进行重构,将重构信号与实际信号之间的曲率误差作为敏感参数,对系统中的模拟故障传感器进行检测与识别,并加以实验验证。数值计算和实验结果表明:改进的模态滤波方法不仅可以直接有效地对传感器系统进行实时故障监测,而且该方法与外界激励力位置无关,具有良好的工程应用前景。