悬臂梁单晶压电发电振子电压输出特性的有限元仿真分析

为了解决化学电池为低功耗电子产品供电中存在的问题,对悬臂梁单晶压电发电振子的电压输出特性进行了分析。根据欧拉伯努利方程和压电学理论,建立了悬臂梁式压电发电振子的电压输出特性数学模型,并对压电振子长度、金属基板与压电晶体的长度比,以及金属基板材料对悬臂梁压电发电振子的电压输出特性进行了有限元仿真分析。结果表明：所建立的数学模型与仿真分析结果基本一致;晶体板与金属基板的长度比存在一个最佳值,使得压电振子的输出电压达到最大,且随着金属基板弹性模量的减小,压电振子的输出电压逐渐减小;当金属基板分别为不锈钢、硅、磷青铜和铝合金时,晶体板与各金属基板的最佳长度比分别为0.60,0.65,0.70,0.75。     

带质量块单晶压电悬臂梁的建模与仿真分析

基于压电原理,建立了带质量块的单晶压电悬臂梁模型,并运用有限元软件ANSYS对其进行模态分析和谐响应分析,研究支撑层厚度电压输出的影响,并进行应力分析,解释产生该结果的原因,最后在此基础上提出优化模型.     

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.     

阶梯变厚度悬臂梁压电俘能器的低频振动性能分析

提出了一种二级阶梯变厚度悬臂梁压电俘能器,利用传递矩阵法和有限元仿真分析了结构振动的固有频率,研究了压电悬臂梁的几何参数对固有频率的影响,并将计算结果进行对比,得到了很好的一致性.最后,仿真得到了这种俘能器的输出电压频响曲线.研究结果表明,与传统的等厚度悬臂梁压电俘能器相比,所设计的阶梯变厚度悬臂梁压电俘能器具有优异的低频特性,通过改变几何参数可以有效调控俘能器的共振频率,使其接近环境的振动频率,从而使得输出电压达到最高.研究结果可为采集环境中的低频振动能量,实现低功耗微电子元器件的自供电提供设计的理论依据.     

低驱动电压MEMS电容开关设计与仿真

设计了膜桥支撑梁为弹簧弯曲结构的MEMS电容开关,应用有限元软件Intellisuite对开关静电驱动特性进行仿真,得到开关驱动电压,并分析不同膜桥材料对MEMS电容开关驱动电压的影响.结果表明,与固支结构悬臂梁相比,弹簧弯曲结构悬臂梁支撑的电容开关具有更低的驱动电压,由杨氏模量小的膜桥材料构成的开关具有比其他材料更低的驱动电压.     

动荷载作用下的智能骨料力电效应仿真分析

将压电陶瓷片使用环氧树脂进行防水和绝缘处理后封装在大理石块内形成"智能骨料",为研究智能骨料在单向动力荷载作用下的工作机理和性能,进行了理论分析和数值模拟计算.通过压电方程建立压电陶瓷片电压与电荷量数学关系,进而推导出电压与应力的数学模型.在理论分析的前提下,利用有限元软件ABAQUS进行数值模拟,选用C3D8E压电单元模拟压电陶瓷片,选用C3D8R单元模拟大理石块和环氧树脂,最终建立智能骨料外加动荷载与压电陶瓷片输出电压之间的数学模型.结果表明:数值模拟结果与理论分析结果一致性较好,说明利用该方法制作的智能骨料可以较好地用于监测结构内部动应力.     

压电悬臂梁振动的模态控制

结合有限元分析方法与模态控制来抑制悬臂梁的振动.采用有限元分析方法研究悬臂梁的动态特性,建立其动力方程.在悬臂梁振动时应力最大或次最大处的上、下表面同位配置压电片,作为抑制悬臂梁振动的致动器.基于模态控制方法,设计了模态传感器和模态致动器.采用模态速度负反馈进行反馈控制,以此计算出各个作为致动器的压电片的控制电压,以抑制悬臂梁的振动.通过算例进行数值仿真,结果表明,以此方法布置压电片和输入控制电压,能迅速抑制悬臂梁的振动,可单独或同时控制几阶模态振动.     

压电驱动器和传感器的ANSYS模拟分析

建立了压电材料的本构方程,利用由压电聚合物聚偏氟乙烯(PVDF)粘结而成的双压电晶片悬臂梁模拟压电驱动器和传感器,使用大型通用有限元软件ANSYS8.0进行模拟分析,并与理论值进行比较,结果表明:ANSYS8.0的模拟结果与理论值十分的接近,因此,用ANSYS8.0对压电材料的驱动器模型和传感器模型进行模拟是可行的.     

压电驱动器和传感器的ANSYS模拟分析

建立了压电材料的本构方程，利用由压电聚合物聚偏氟乙烯（PVDF）粘结而成的双压电晶片悬臂梁模拟压电驱动器和传感器，使用大型通用有限元软件ANSYS8．0进行模拟分析，并与理论值进行比较，结果表明：ANSYS8．0的模拟结果与理论值十分的接近，因此，用ANSYS8．0对压电材料的驱动器模型和传感器模型进行模拟是可行的．     

涡激振动作用下压电悬臂梁俘能器的仿真分析

为了研究涡激振动作用下压电能量收集器与流体域之间的相互作用关系,基于ANSYS仿真软件,建立流-固-压电三场耦合模型,对置于圆柱钝体后一个圆柱直径位置处的压电悬臂梁在风场中的发电情况进行数值仿真分析。仿真结果表明,在卡门涡街的作用下,压电悬臂梁因两侧压力不同而发生振动,压电悬臂梁所发出的电压趋近于正弦信号,最大电压值为20V。同时,输出电压的相位与压电悬臂梁发生形变的相位一致,与涡街脱落的相位相差180°。该研究证明了仿真计算的可行性,为俘能器的设计提供了理论依据。     

悬臂梁不同单元类型计算误差分析

为了研究悬臂梁用不同单元类型计算应力结果与真实测量值的误差和该误差产生的影响因素。首先,用ABAQUS有限元软件对悬臂梁结构进行壳单元建模和实体单元建模,分别计算出Mises应力值,再用经典材料力学方法计算出相同情况下悬臂梁Mises应力值,然后用电阻应变测试法计算出悬臂梁的真实应力值,计算出各种应力计算方法相对于真实测量值的误差。最后,分别计算不同厚度悬臂梁,用壳单元和实体单元分别计算出的Mises应力值,将实体单元计算应力值代替真实测量应力值,得到壳单元计算结果相对于实体单元计算结果的相对误差。研究结果表明,悬臂梁用实体单元计算出的Mises应力值相对于壳单元更加接近于真实测量值。随着悬臂梁厚度的增加,壳单元计算结果的精度越来越小。对于同一厚度的悬臂梁,不同位置处壳单元计算应力值对于真实值的相对误差近似为一常数。     

部分脱胶压电复合材料层合梁黏结界面失效扩展有限元分析

采用三维有限元模型,对在电场作用下部分脱胶的压电复合材料层合梁黏结界面损伤扩展行为进行了研究.建立了基于虚裂纹闭合技术(VCCT)的界面断裂单元,通过有限元软件ABAQUS的用户自定义单元功能UEL实现并计算了脱胶前缘的能量释放率GⅠ,GⅡ和GⅢ,采用B-K准则作为脱胶扩展判据.对部分脱胶的压电复合材料梁在电压作用下对...     

空间钢构架混凝土简支梁非线性有限元分析

采用ABAQUS软件对5根空间钢构架混凝土简支梁和1根普通钢筋混凝土简支梁的受力性能进行非线性有限元分析,验证了所建立的有限元分析模型的正确性,模拟分析结果与试验结果基本相符。在此基础上,通过改变空间钢构架的含钢率、竖向缀条的间距和宽度等参数,模拟分析了空间钢构架混凝土简支梁的受力性能,得到了一些有益的结论,为后续的试验研究提供依据。     

三叠片式加速度计的优化设计及其在矢量水听器中的应用

使用压电方程结合梁弯曲公式和有限元仿真的方法建立了三叠片式压电加速度传感器的数学模型,通过实验验证了模型的正确性. 对三叠片式压电加速度传感器的结构进行了优化设计,在不改变传感器几何轮廓的基础上提高了传感器的灵敏度,并定量分析了不同的结构对传感器性能的影响. 提出了三叠片式压电加速度传感器在矢量水听器中的应用方案,使用有限元法对矢量水听器进行了分析计算,制作了矢量水听器样品并对其主要性能进行了测试.     

悬挑梁对结构受力特性影响分析

当梁对客运站的悬挑长度为0.9 m时,分别应用高层建筑结构空间有限元分析软件（SATWE）和结构分析软件（SAP2000）进行结构计算。在风荷载、多遇地震作用下,利用SAP2000的反应谱分析和SATWE弹性分析方法,分析结构的整体稳定性,水平层间最大位移、周期比、位移比,A、B轴两榀框架的轴压比。分析表明:不同软件建模分析结果存在差异;结构增加悬挑梁后,周期比增大,X方向上的层间位移和轴压比变化较小,但Y方向上层间位移变化较大。悬挑梁对建筑结构稳定性存在一定影响。     

悬臂式基坑开挖对邻近地下管线的影响分析

通过有限元软件ABAQUS,分别考虑软土地区基坑的不同围护结构和管线的不同下卧层土质等因素,对悬臂式基坑工程中临近的地下管线位移进行了三维有限元模拟分析,结果表明：围护结构刚度和下卧层土质均对临近管线位移有较大影响;距基坑越近,管线变形越大;出现了地表及管线的沉降,但在基坑端角附近有管线上浮现象;基坑端角部以外2/3的基坑开挖深度范围内,管线水平和竖向位移较大,但在1.2倍的基坑开挖深度之外,开挖对管线位移影响较小.     

悬臂拼装桥梁安装线形ANSYS验证

对悬臂拼装桥梁主梁的线形控制问题进行了探讨。采用ANSYS有限元软件具体研究了零初始位移法在主梁线形求解中的应用,给出了计算主梁线形的方法。     

钢筋混凝土双肢剪力墙非线性静力有限元分析

利用有限元软件ABAQUS中的混凝土损伤塑性模型,采用分离式方法建立有限元模型,对钢筋混凝土双肢剪力墙进行了非线性分析;在与试验结果进行对比分析的基础上,选取了用于钢筋混凝土剪力墙非线性有限元分析的材料破坏准则和本构关系进行建模;通过数值计算,分析了轴压比、墙连梁跨高比、墙分布钢筋配筋率、边缘构件配筋率对钢筋混凝土双肢剪力墙的承载能力、延性、破坏形态等的影响。结果表明：轴压比、分布钢筋配筋率和连梁跨高比对钢筋混凝土双肢剪力墙的受力性能影响较为明显;边缘约束构件配筋率对墙体的影响较小。