液压流体吸振器用圆形压电发电装置的建模与性能分析

提出一种用于液压流体吸振器的压电发电装置。为提高所用圆形压电振子的发电能力,获得最优的结构及材料性能参数,利用板壳理论建立了固支边界条件下的位移曲线及发电量的理论分析模型,研究了半径比(陶瓷/基板)、厚度比(陶瓷/总厚度)及弹性模量比(基板/陶瓷)等对其发电能力的影响规律。研究表明,在压电振子材料确定时,存在最佳的半径比和厚度比使其发电能力最大;在压电振子结构尺寸确定时,存在最佳的弹性模量比使发电量最大,且厚度比确定时的最佳弹性模量比与半径比无关、半径比确定时的最佳弹性模量比随厚度比的减小而降低;减小弹性模量比有助于提高压电振子的发电能力。铝基板及铍青铜基板压电振子的最佳半径比/厚度比分别为0.45/0.45和0.585/0.60,最大发电量分别为1.146 43×10-4J和1.018 93×10-4 J。     

新型人工中耳压电振子设计

提出利用压电叠堆作砧骨激励式人工中耳的振子,并利用中耳-压电叠堆耦合力学模型对该压电叠堆振子进行辅助设计。该模型基于一无任何听力损伤病史的成年志愿者的左耳,利用CT扫描和逆向成型技术建成。其可靠性通过与实验对比加以验证。最终设计的压电振子只需要10.5 V的有效驱动电压,便可以对镫骨激起相当于鼓膜处90 dB声压激励的振幅。该振子在频率为1 kHz的单伏电压驱动工况下,能耗仅为0.03 mW,满足人工中耳低电压、低能耗的要求。     

旋磁激励式圆形压电振子发电机

为满足旋转机构监测系统自供电需求,设计旋磁激励式圆形压电振子发电机,并着重研究磁铁尺寸、磁铁间距、压电振子厚度等对压电振子一次受激产生的最大输出电压及总能量的影响规律。结果表明,其它条件确定时,增加磁铁尺度或减小磁铁间距均可有效提高发电机输出电压及有效速带宽度。试验获得输出电压大于12 V的转速范围为100~2 850 r/min。压电振子厚度对输出电压及总发电量均有较大影响,低转速时采用薄压电振子、高转速时采用厚压电振子有助于提高发、供电能力。0.2 mm、0.4 mm、0.6 mm厚压电振子最佳转速分别为707.5 r/min、1 301.8 r/min、2 490.4r/min,0.2 mm厚压电振子一次受激产生的电能/功率分别为0.4 mm、0.6 mm压电振子的3.1/1.7倍、6.4/2.0倍。以输出5 V供电电压为例,912 r/min时0.4 mm厚压电振子输出电能为0.6 mm厚压电振子的5倍,1710 r/min时0.6 mm厚压电振子的输出电能为0.4 mm压电振子的1.7倍。     

人工中耳悬浮式压电振子的优化设计

为了优化人工中耳悬浮式压电振子的植入效果,设计了一种位移放大结构用于改善振子的输出特性。首先采用微CT扫描和逆向成型技术建立了包括外耳道、中耳和简化耳蜗的人耳有限元模型,通过与文献的实验数据比对验证模型的有效性。然后建立人耳与悬浮振子的耦合力学模型,通过有限元的耦合场分析研究加入位移放大结构前后的人工中耳植入效果。研究结果表明,采用位移放大结构后,振子于中高频段的等效声压级得到明显提升,可以有效降低压电振子的功耗。     

材料固有损耗对压电振子谐振特性及参数测量的影响

本从考虑损耗时压电振子的阻抗（或导纳）议程出发,详细分析了材料固有损耗对压电振子的频率特性及参数测量的影响。分析结果表明：谐振（或反谐振）频率与理想无损时的相应值的偏差随损耗的增大而增大、随谐序的增大而减小。中还进一步分析了机械损耗对压电振子几种常用参数测量结果的影响。     

压电驱动器环形压电振子特性及其等效电学参数识别

压电驱动器是一种由压电功能材料构成的微型机电器件,为研究改善压电驱动器环形压电振子的振动特性和俘能特性,建立了压电振子的机电耦合有限元模型,分析了压电振子齿槽倾斜度和支撑对其振动特性和俘能特性的影响,并从改善振子振动特性和俘能特性角度出发,对压电振子进行了结构优化设计;其次,利用该有限元模型求解了压电振子的导纳特性曲线...     

一种带谐振腔的压电风能收集器

为了提高风能收集器的能量转化效率,提出了一种带谐振腔的压电风能收集器。建立了该压电风能收集器的数学模型,该模型考虑了风流体、结构振动以及输出电能之间的关系。基于该模型进行了仿真分析,获得了收集器结构参数、风速对发电能力的影响规律。制作了风能收集器样机,并进行了实验,结果表明,在2~12 m/s的低风速范围内,带有谐振腔的压电风能收集器的输出电能要大于不带谐振腔的收集器。     

Cymbal压电发电换能器有限元分析

通过建立Cymbal压电发电换能器的机电耦合有限元分析模型,计算分析了换能器结构参数对输出电压和谐振频率的影响以及外接负载对Cymbal换能器输出电压和输出功率的影响。研究表明,为了降低换能器的工作频率和提高换能器的输出电压,应增大换能器的空腔底部直径和减小换能器的空腔高度;在选择金属端冒和压电陶瓷厚度等参数时,应综合考虑换能器系统的刚度和外界振动源的频率特性和加速度特性;在任意一个频率点上,Cymbal换能器均存在一个最佳的外接负载,使得换能器的输出功率最大,而这个最佳的负载阻抗就等于Cymbal换能器在这个工作频率点上的输出阻抗。文中还提出并分析了基于外加预应力的多振子级联方式Cymbal压电发电换能器系统的结构。     

不同截面形状悬臂梁双晶压电振子发电能力建模与实验研究

为了研究截面形状对悬臂梁双晶压电振子发电能力的影响,本文根据压电方程和热平衡原理分别建立了截面形状为矩形、梯形和三角形悬臂梁双晶压电振子压电发电的数学模型,对截面形状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,并进行了实验验证。研究结果表明,在相同压电材料体积下,三角形压电振子最大输出功率为4.5mW,约为矩形压电振子的3.3倍,三角形压电振子相比于矩形和梯形压电振子具有更大的发电能力,可有效提高有限体积下压电振子的输出特性。     

含损伤梁的三维有限元压电阻抗模型及参数研究

采用有限元软件ANSYS进行数值模拟分析,构建了含损伤梁的三维有限元压电阻抗（EMI）模型。分析中考虑粘结层的影响,将压电片-粘结层-主体结构作为整体耦合系统加以考察。与实验数据以及其它研究结果进行了对比分析,验证了该有限元压电阻抗模型的有效性和精确性。考察了各物理参数对压电阻抗信号的影响,尤其是梁中裂纹的出现和发展对电阻抗谱的作用。计算结果表明该压电阻抗模型能用于结构损伤识别。最后,讨论了有限元单元尺寸的选取对高频振动分析结果的影响。     

改进PSO算法结合FLANN在传感器动态建模中的应用

将改进的粒子群优化（PSO）算法和函数联接型神经网络(FLANN)相结合,实现传感器的动态线性建模。利用传感器的动态标定实验数据,首先训练FLANN神经网络,网络训练结束后的权值作为粒子群中某个粒子的初始值,而后利用改进的PSO算法继续寻优,得到的全局最优值即为所求的传感器动态模型的系数。实验结果表明,该方法结合了PSO和FLANN两者的优点,建模精度高。     

一种空间润滑装置的流固耦合振动

面向空间润滑中常采用的被动润滑不及时的问题,提出一种主动润滑方法。为了达到主动润滑的目的,提出了一种结构简单易于加工的压电微喷润滑装置。压电微喷装置的固有频率和振型对液滴形成和喷射效果具有重要作用。首先建立考虑压电-流固耦合和压力波传播效应的等效模型。进而利用有限元法对整个装置的固有频率和相应的振型进行分析。最后利用激光测振仪对整个机构实际的振型和固有频率进行测量。通过结果对比验证此流固耦合模型的有效性和方法的实用性。     

蜂窝纸板动态特性建模与参数识别

考虑到蜂窝纸板的结构和材料,将蜂窝纸板建模为具有粘弹性的线性材料,其松弛核表示为指数函数之和。建立了利用蜂窝纸板—质量系统自由响应数据进行参数识别的方法,首先利用改进的Prony方法求出自由响应数据的极点,根据该极点对蜂窝纸板的弹性系数,粘性系数和粘弹性系数进行识别。构造了蜂窝纸板—质量系统的自由响应实验系统,根据参数识别的方法,求出了不同载荷条件下的蜂窝纸板的弹性系数,阻尼系数和粘弹性系数。介绍了利用识别出的参数模拟蜂窝纸板—质量系统的自由响应的方法,模拟结果表明,利用该模型识别出的参数可准确预测蜂窝纸板—质量系统的自由响应,为蜂窝纸板在包装中的合理应用提供了设计的依据。     

双层超弹性铰链展开冲击分析与优化

超弹性铰链依靠自身大挠度弹性折叠存储的弹性势能实现弹性展开,集驱动、旋转和锁定于一体。研究了双层超弹性铰链展开冲击性能,提出了降低双层超弹性铰链展开冲击优化方法。为了确保有限元模型的准确性,搭建实验平台对双层超弹性铰链进行动力学展开性能测试,基于实验结果对有限元模型进行修正。采用正交法试验设计建立展开冲击特性代理模型。以展开冲击角度和锁定时间最小为目标函数,采用改进的非支配遗传算法对双层超弹性铰链进行参数化优化设计,得到最优结构尺寸。对最优结构尺寸进行有限元展开分析,误差不大于5.008%,表明代理模型准确性。最优非等厚度与等厚度双层超弹性铰链对比,发现前者冲击角度和锁定时间分别降低52.154%和29.104 %,优化后结构的冲击得到明显改善。通过参数研究发现,展开冲击对外侧带簧厚度较为敏感,锁定时间随带簧厚度增加表现出先减少后增大的趋势。     

考虑臂架弹性的动臂起重机动力学建模及振动分析

动臂起重机负载的振荡会大大降低起重机工作时的防倾翻能力。首先建立动臂起重机的静态模型以便全面了解动臂起重机的系统结构。然后运用AUTOLEV建立了考虑臂架弹性的动臂起重机的一个简单模型及完全多体动力学模型,仿真出动臂起重机各机构运行时弹性臂架输出角度及臂架顶部负载对阶跃输入的响应曲线。从仿真结果可以看出,动臂起重机中车体的运行及臂架的回转和起升都会导致负载的剧烈振荡从而影响整机工作的安全性。详细而全面的负载振动分析为系统的振动控制提供了有力的依据。     

基于功率谱密度的路面评价与特征参数提取

介绍了道路路面数据测量系统的构成和数据预处理方法。针对测量的海量道路路面数据,阐述了路面数据的功率谱密度分析与传统的功率谱分析的差异,解读了GB/T7031-2005中的倍频程滤波和路面分级方法,提出了基于拟合直线的斜率截距路面特征参数提取方法和基于功率谱密度曲线的路面分级百分比例特征参数提取方法。在介绍路面评价和特征参数提取方法的基础上,使用真实的路面测量数据作为例子,充分显示了这两种路面特征参数提取方法的效果。实例分析结果表明,使用这两种路面特征参数提取方法来评价和分析道路路面数据,计算过程快捷方便,处理效果简单明显,可在道路路面数据的特征参数提取及其它工程振动信号的统计分析中推广应用。     

人群简化模型与人行桥TMD参数设计研究

用两段连续弹性杆模拟静立人体,建立人群-人行桥-调谐质量阻尼器(TMD)振动系统。将静立人群简化建模为单个的广义人体,研究广义人体-人行桥-调谐质量阻尼器振动系统的动力特性及TMD参数设计。运用最小二乘原理确定广义人体的相关参数,通过与已有的实验数据对比,验证了将静立人群简化为广义人体模型的正确性。以均方根加速度作为人体舒适度的优化准则,分析了人行桥TMD的最优频率比和最优阻尼比。         

基于刚柔耦合建模的齿轮箱动力学仿真与实验研究

运用LMS Virtual.Lab建立了齿轮传动系统多刚体模型,通过仿真计算获得了齿轮副的时变啮合刚度,并与运用有限元法仿真计算得到的齿轮副时变啮合刚度进行了对比。考虑齿轮箱体柔性化,通过对刚柔耦合模型进行动力学仿真分析,在获取箱体Craig-Bampton模态的基础上,建立了箱体-轴承-齿轮耦合动力学模型。计算获取了齿轮副动态啮合力、齿轮箱体表面振动响应云图以及关键点的振动加速度、速度和位移,并开展了台架试验和验证分析。结果表明,运用刚柔耦合法仿真得到的齿轮啮合力以及齿轮箱体动态响应,其能量主要集中在齿轮啮合频率及其倍频处,运用刚柔耦合法仿真结果与实验结果在振动加速度以及振动位移方面有良好的一致性,验证了齿轮系统刚柔耦合模型的正确性。     

Simulation modeling of the experimental parameter determination for a deteriorating vibrational system

Simulation is considered for the data-acquisition process on the behavior of a mechanical oscillator in which the elastic element is subject to degradation. An analysis and a comparison are presented for the forward and inverse treatments. An algorithm has been devised for the dependence on time of the damping coefficient and natural frequency as determined from the behavior curve for an ageing vibrational system. Translated from Izmeritel’naya Tekhnika, No. 10, pp. 5–8, October, 2008.     

基于回传射线矩阵法的含裂缝智能梁的动态特性

基于压电阻抗（EMI）技术和回传射线矩阵法（RMM）对含裂缝智能梁进行了振动特性研究,提出了修正的理论模型,使得压电阻抗信号能与结构裂缝的各物理参数定量地联系起来。采用Timoshenko梁理论描述了含裂缝梁的弯曲振动特性。结构裂缝模拟为具有一定刚度的转动弹簧。对于黏贴有压电片的结构元件,把它作为压电片－粘结剂－主体梁这一耦合结构系统加以考察。最后推导出包含了结构裂缝信息的压电阻抗的解析表达式。基于该模型,与实验数据以及其它研究结果进行了对比分析。最后,考察了各物理参数对压电阻抗信号的影响。 .