悬臂梁单晶压电发电机的实验

建立了悬臂梁单晶压电振子的发电测试系统,针对压电晶体与磷青铜基板材料的厚度比对单晶压电振子输出电压的影响进行了有限元分析,得出了压电晶体与磷青铜基板材料的最佳厚度比并进行了实验验证,同时对具有最佳厚度比的单晶压电振子进行了压电发电能力测试.研究结果表明,当压电晶体与磷青铜金属基板的最佳厚度比为0.5时,单晶压电振子的输出电压最大,有限元分析与实验结果基本吻合.单晶压电振子输出电压随着负载的增大而增大,而输出功率并不随负载的增大而增大.压电振子存在一个最佳负载,当负载与压电振子内阻相匹配时,输出功率最大,能量转化效率最高.单晶压电振子在负载为50 kΩ时,输出电压最大可达5.4 V;当负载电阻为10 kΩ时,负载与压电振子内阻匹配良好,输出功率达到最大为1.18 mW,产生的能量能满足网络传感器等低耗能电子产品的供能需求.     

复合型悬臂梁压电振子振动模型及发电试验研究

单悬臂梁压电振子俘获环境中振动能时,对环境振动频率敏感且频带有限,在谐振频率与环境振动频率不匹配的情况下,会导致压电振子俘能效率低下。基于此,设计复合型悬臂梁压电振子并建立其振动模型,采用激光测振仪对复合型悬臂梁压电振子进行扫频测试。研究结果表明,复合型悬臂梁压电振子谐振频率范围为56～72Hz,与理论分析结果基本吻合,试验验证了理论模型的正确性。相比于单悬臂梁压电振子,复合型悬臂梁压电振子有效地拓宽了其谐振频带,易于实现与环境振动源振动频率匹配以提高压电发电效率。在此基础上,进行复合型悬臂梁压电发电装置的发电能力测试,在负载为820?,工作频率为60Hz时最大输出功率达到4.9mW,产生的能量能够满足网络传感器等低耗能微电子产品的供能需求。     

风向自适应型涡激振动压电俘能器的试验研究

风能在自然界中是一种储量丰富、可持续利用的清洁能源。利用压电俘能器将风能转换为电能代替传统化学电池为低功耗电子设备持续供电已经获得了国内外学术和工业领域的认可。针对自然环境中风场的风向和速度时变特点,提出一种新颖的风向自适应型涡激振动压电俘能器。本俘能器可以根据风向的变化,自主调节迎风角度,从而使得俘能器能够在不同方向来风激励时拥有良好的输出性能。其主要由两个L型压电俘能梁、轴承底座、旋转固定座、导向翼等部分组成。通过搭建的小型风洞测试系统,对俘能器样机进行了测试和分析：受不同方向来风激励时,俘能器的输出功率绝对积分面积的平均相对偏差不大于6.1%;俘能器的风向自适应开启状态相对关闭状态,两个压电俘能梁的输出功率绝对积分面积平均值分别提升了468.2%和492.3%。自适应型压电俘能器的研究结果对提高俘能器的环境适应能力和增强输出性能有良好的参考价值。     

施加反拉力的超声振动拉丝过程仿真

基于库伦摩擦模型和非局部摩擦模型对超声振动拉拔钛合金丝材的全过程进行有限元分析,分析结果表明：当反拉力小于临界反拉力时,拉拔应力基本保持不变,当反拉力超过临界反拉力时,拉拔应力迅速增加。在拉丝过程中施加临界反拉力可以在保持拉拔应力基本不变的情况下,减径区接触压应力和摩擦应力均有一定程度减小,且在非局部摩擦模型下所得结果比常规摩擦模型下所得结果误差要小。     

鼓形俘能器的有限元分析

以压电方程和弹性材料的本构方程为基础,建立了鼓形俘能器机电耦合有限元模型.采用有限元分析软件对鼓形俘能器进行仿真分析,并得出鼓形俘能器结构参数的变化对其性能的影响.仿真结果表明,为了提高俘能器的俘能性能,在符合加工工艺要求和其他特性的前提下,应尽量增大鼓形俘能器钢环内径,限制压电陶瓷 (PZT)的直径和厚度,而钢环厚度对其性能影响较小.在此基础上研制了鼓形俘能器,并进行了实验研究,实验结果与仿真结果基本吻合.     

一种有效的空间齿轮传动系统振动测点选择方法

针对空间飞行器中小模数齿轮寿命实验中振动测点定位困难的问题,提出了一种确定振动测点最佳位置的方法。通过对齿轮系统进行有限元模态分析和谐响应分析,得到了系统的刚度分布,进而计算待选测点的谐响应幅值及其矢量和,判定振动测点的理论最佳位置。搭建了空间齿轮传动系统实验平台,采用峭度指标法对理论分析得到的最佳测点进行了实验验证。实验表明：理论分析得到的9个最优测点中,8个测点理论分析结果和实验结果基本一致,验证了方法的正确性。该方法为齿轮箱等复杂系统振动测点的布置和优化提供了理论依据,对空间飞行器驱动机构寿命实验研究有重要意义。