多层压电陶瓷降压变压器的环境测试研究

电压增益、输出功率、效率是表征压电变压器(MPT)工作性能的3个重要参数。使用为华公司提供的径向振动型多层压电陶瓷降压变压器,测量其基本电学性能;温度对导纳圆等阻抗特性的影响;温度对其基本电学性能的影响等。综合研究降压变压器的环境温度稳定性。结果表明:压电变压器环境稳定性良好,但长时间剧烈的环境变化会对其使用性能产生一定影响,高温环境对其影响比较大。     

一种低温共烧压电陶瓷的制备

压电陶瓷多层膜的低温共烧特性及压电性能密切依赖于其成分。采用调节压电材料成分,以0．90Pb（zr048Ti0.52）03—0．05Pb（Mnl／3Sb2／3）03-0．05Pb（Zn1/3Nb2／3）03四元体系为研究对象,同时添加烧结助剂CuO来实现多层膜的低温烧结。对多层膜的流延、排胶、烧结、极化等工艺进行探索以优化工艺参数,最终获得850oC烧结温度下的高致密度多层压电陶瓷。压电性能的测试表明三层结构的压电多层膜陶瓷表观d33达873pC／N,远高于同成分单层陶瓷306pC／N的d33值。采用多普勒激光测振仪进行扫频实验,测定了多层陶瓷纵向振动速度的频谱,确定了基于该多层膜压电振子的最优谐振频率。     

多自由度多层压电陶瓷微操纵技术的理论模拟

压电陶瓷具有简单、体积小、质量轻、分辨率高等优点，在微操作器驱动中是主流材料。针对一种三自由度多层压电陶瓷微操纵技术进行了理论模拟研究，采用有限元法分析了操纵器在不同驱动方式下的工作状态，如：沿Z轴平动、绕X轴和X-Y轴平分线转动3种情况。研究了陶瓷片内部应力特点，并对微操纵的变形行为作了定量分析，得到了探针的位移与驱动电压呈现良好的线性关系，通过对比针尖位移量与所施加的电压之间的系数D以及压电材料关键性能参数d33，验证了模拟的准确性，并验证了采用多层压电陶瓷降低驱动电压实现微操纵的可能。     

多层异质复合结构激光钎焊工艺

压电陶瓷变压器（PECT）是一种新型的电子元器件材料，具有多层异质复合结构。目前多采用手工烙铁对其侧电极进行连接，主要缺点是：工作效率和成品率低，难以保证各陶瓷片之间的全连通和控制金属间化合物的形成，焊接质量较差，返工率高等。针对压电陶瓷变压器侧电极的连接问题，本文提出了激光钎焊的焊接方法，采用金属丝网辅助钎膏钎焊工艺，对PECT发电元件的侧电极进行激光钎焊。试验结果表明，该工艺解决了多层异质复合材料元件不同性质分割区域表面的连接问题，全连通率高，热影响小，激光钎焊接头抗拉强度与疲劳强度均较高。     

基于低温共烧陶瓷技术的SIP工艺研究

系统集成封装技术(SIP)是将一个电子系统进行集成封装,而基于低温共烧陶瓷工艺(LTCC)的高密度基板技术是其中的关键。本文研究了收发(T/R)组件微波多层互连基板的制作工艺及其优化,基于LTCC工艺,制备出一种应用于X波段T/R组件的SIP基板,并着重对影响基板特性的信号孔和散热孔填充、通孔金属化、异质材料匹配工烧、内埋腔体技术和组装等关键技术进行了研究。获得了一套内埋置腔体LTCC多层互连基板的工艺参数,并已成功研制出满足T/R组件微波电路性能要求的LTCC多层互连基板。     

埋入式厚膜多层电容器的制备及其性能研究

以可低温共烧的高介电常数微波陶瓷材料BiNbO4（εr=43）和Bi2O3-ZnO-Nb2O5（BZN，εr=76）为介质材料，在Al2O3陶瓷（εr=9.8）基板上采用厚膜印刷的方法制备了埋入式多层电容器。利用HP4294A精密阻抗分析仪对其电学参数进行了测试和分析，并利用三维电磁场仿真软件HFSS对其电学特性进行了仿真和优化设计。实验研究表明，采用本材料体系制备的埋入式厚膜多层电容器可以获得相当大的单位电容Co（717．5～744．3pF／cm^2）：并且其电学特性相当稳定，基本不受基板和上层电路板的影响。基于本材料体系的埋入式厚膜多层电容器可望在移动通讯组件和微波集成器件等领域得到广泛的应用。     

无铅压电陶瓷及其应用研究

随着社会可持续发展战略的实施和人们环境意识的加强,无铅压电陶瓷及其应用已成为了当前铁电压电材料及其应用研究的热点。本文根据近期国内外有关无铅压电陶瓷的发展,结合本课题组肖定全教授等近年在无铅压电陶瓷的研究,对无铅压电陶瓷的研究进展及应用现状进行了综述,重点介绍了BaTiO3基、Bi1／2Na1／2TiO3基、碱金属铌酸盐基、钨青铜结构和铋层状结构五大体系无铅压电陶瓷的性能、本课题组主要发明的无铅压电陶瓷体系以及BNT基无铅压电陶瓷在滤波器上的应用和发展前景。     

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。     

埋入式厚膜多层电容器的制备及其性能研究

以可低温共烧的高介电常数微波陶瓷材料BiNbO4(ε r=43)和Bi2O3-ZnO-Nb2O5(BZN,εr=76)为介质材料,在Al2O3陶瓷(εr=9.8)基板上采用厚膜印刷的方法制备了埋入式多层电容器.利用HP4294A精密阻抗分析仪对其电学参数进行了测试和分析,并利用三维电磁场仿真软件HFSS对其电学特性进行了仿真和优化设计.实验研究表明,采用本材料体系制备的埋入式厚膜多层电容器可以获得相当大的单位电容C0(717.5～744.3 pF/cm2);并且其电学特性相当稳定,基本不受基板和上层电路板的影响.基于本材料体系的埋入式厚膜多层电容器可望在移动通讯组件和微波集成器件等领域得到广泛的应用.     

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。     

车体振动模态对疲劳强度的影响分析

铁路运输车辆不断朝着高速以及轻量化方向发展,车体承受着复杂的交变载荷,极大地增加了车体结构疲劳断裂的风险。为探究车体结构振动对车辆结构安全性的影响,利用ANSYS Workbench进行车体模态仿真计算。结合服役环境下动车组车体运行模态测试数据,提取出车体1阶菱形(8~9 Hz)、1阶垂弯(12~13 Hz)、1阶横弯(15~16 Hz)及1阶扭转(17~18 Hz)模态频率,对车体有限元模型进行对比修正。利用雨流计数法对部分实测载荷谱数据谱进行处理,得到载荷谱雨流计数矩阵。在模态分析的基础上进行谐响应分析,得到上述不同模态频段范围内的频率响应函数,结合nCode疲劳仿真软件对车体疲劳强度进行仿真计算,得到不同频段范围内车体的疲劳损伤;采用Miner线性累积疲劳损伤理论对仿真计算结果进行疲劳损伤评估,结果表明:车体1阶菱形模态(8~9 Hz)附近频段对车体造成的损伤最大,其损伤位置在车钩与枕梁交接处附近。     

热环境下飞行器壁板的振动疲劳分析

针对高超声速飞行器热力环境引起的壁板振动疲劳问题,旨在研究温度变化对壁板结构振动特性及疲劳寿命的影响。首先分析壁板三维瞬态耦合传热和热应力,获得壁板的温度场和应力场;然后依次探讨温度场、应力场及其耦合效应对壁板振动模态与疲劳寿命的影响。分析过程中,考虑温度变化造成弹性模量减小对壁板刚度的影响,引入由热环境引致的附加热应力刚度矩阵以及附加热变形刚度矩阵。结果显示：温度变化引起的材料力学性能退化使壁板结构各阶次模态频率随之下降,温度梯度对振动模态的影响明显,热力耦合效应使壁板的振动疲劳寿命缩短。     

铝合金叶轮共振振型的研究

应用有限元模态分析确定了共振失效的某铝合金叶轮各阶振型和各节点相对振动应力.根据叶轮结构特征和裂纹萌生部位,结合Goodman力学理论和疲劳断裂条件,计算出叶轮实际工作情况下发生共振疲劳断裂时长、短叶片的振动应力比.通过各阶振型的长、短叶片相对振动应力比与实际叶轮发生共振疲劳断裂时所需振动应力比条件的对比研究,结果表明...     

基于PPF-DVFB算法的压电柔性机械臂振动主动控制研究

柔性机械臂的振动已经严重影响其定位精度和工作效率,为此,以单关节柔性机械臂为研究对象,基于LabVIEW平台和压电技术运用PPF-DVFB的算法来进行柔性机械臂的振动控制。首先介绍了PPF-DVFB算法原理,然后详细地论述了实验过程。实验结果表明,PPF-DVFB算法能有效的控制柔性机械臂的前两阶模态振动,控制效果接近14dB,相对于PPF方法,改善近4.5dB。     

激光冲击强化渗铝法提高K417合金疲劳性能

研究采用激光冲击强化渗铝方法提高K417合金震动疲劳性能的可行性。结果表明：该方法可以有效提高K417合金的振动疲劳强度。利用扫描电镜和透射电镜对试样进行了观察和分析,并对振动疲劳性能提高的机制进行了讨论。     

激光喷丸强化对电化学充氢316L奥氏体不锈钢振动疲劳性能的影响

研究了激光喷丸强化对电化学充氢316L奥氏体不锈钢振动疲劳性能的影响.测试分析了不同激光功率密度喷丸316L不锈钢充氢试样的残余应力、显微硬度和微观组织结构,并对比研究其振动疲劳寿命和断口形貌.结果 显示,激光喷丸诱导材料表层位错密度增加,并有效细化晶粒,抑制了氢原子的入侵,同时复杂晶界和高密度位错增殖结构阻碍了氢原子...     

喷丸与振动光饰复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的影响

对比研究了喷丸和喷丸与振动光饰复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的影响,利用扫描电子显微镜、粗糙度仪、显微硬度计、X射线应力测试仪分析和测试了试样的表面形貌、表层组织、粗糙度、显微硬度、残余应力场,探讨了表面完整性与疲劳性能的内在联系及作用机制。结果表明:复合处理对GH4169高温合金疲劳性能的改善效果比单独喷丸强化处理更好;复合处理使GH4169高温合金的室温疲劳强度提高了21.6%;500℃预加热100 h处理使复合强化GH4169高温合金疲劳强度降低了6%,但仍较未喷丸处理状态提高了14.29%,即复合处理能够有效改善GH4169高温合金室温～500℃高温工况下的抗疲劳性能。