变截面悬臂梁压电俘能器动力学特性分析

提出一种变截面悬臂梁压电俘能器结构,通过有限元仿真分析其振动特性和输出电压,有利于提高发电性能。该俘能器结构固定端为等截面梁,自由端为变截面梁,压电层粘贴在悬臂梁根部等截面梁表面,改变悬臂梁自由端与固定端的宽度比,得到多种不同形式的变截面悬臂梁。对比分析了三角形梁、矩形梁和具有不同宽度比梯形梁的固有频率、应力和应变分布及简谐激励输出电压响应。结果表明,三角形梁固有频率较大,输出电压最大,同时分析了不同变截面段长度对输出电压的影响。该文还分析了具有相同一阶频率、不同宽度比俘能器的输出电压,表明三角形结构单位体积压电层输出电压最大。对比分析了基体层上根部粘贴压电片和全部粘贴压电片的输出电压特性。结果表明,前者输出电压较大,发电性能更好。     

飞机壁板的压电减振优化设计研究

基于压电降噪理论,采用COMSOL软件,开展了加筋板结构的减振降噪研究。通过在加筋板上粘贴不同数量的压电片,以及在加筋板不同位置上粘贴压电片,分析加筋板的减振降噪效果,从而进一步地给出了压电片布局优化方案。     

压电复合材料薄壳结构振动主动控制

对表面粘贴压电元件的复合材料薄壳结构的应变驱动原理、振动控制方程进行了分析。建立了自适应控制系统，对粘贴了压电材料的玻纤／环氧圆柱壳的振动进行了主动控制实验。结果表明，压电自适应壳结构能对薄壳的振动进行有效抑制，同时使壳体噪声辐射得到显著衰减。     

PZT尺寸与位置对传感器导纳的影响

目前压电阻抗法应用中,锆钛酸铅压电陶瓷(PZT)片尺寸及粘贴位置选择的研究尚不充分。该文通过设计对比实验,研究了 PZT尺寸与粘贴位置对传感器导纳的影响机理。结果表明,包含被测结构信息的局部密集峰主要分布在谐振频段;PZT尺寸越大,谐振频段的局部密集峰越强。压电阻抗法中,PZT尺寸应结合检测频段包含谐振频段的原则来选择,PZT的粘贴位置将影响导纳曲线上的局部密集峰分布。研究结果为压电阻抗法应用中 PZT的尺寸与粘贴位置选择提供了参考依据。     

通过设计压电式传感器实现结构声有源控制

以简支板为例，利用压电式传感器测量声辐射模态。通过在板表面均匀粘贴一组相同形状的矩形高分子压电薄膜(PVDF)，然后通过设计这组PVDF输出的加权系数，得到各阶声辐射模态的伴随系数。研究表明这种传感器策略与辐射体表面上的外激励力性质(如激励力类型、频率以及位置等)无关。该文以压电陶瓷(PZT)作为作动器，通过数值计算分析了这种传感器策略的控制效果。     

基于压电元件的同步开关减振技术的实验研究

基于压电元件的被动控制技术正得到越来越多的重视。该文针对一种新型的被动减振技术———基于压电元件的同步开关减振技术,进行了理论分析和实验研究。详细阐明了同步开关减振技术的原理,并以根部粘贴有压电陶瓷片的悬臂梁系统为例,对同步开关振动控制进行了实验研究,给出了被动减振的实验结果。     

位移载荷下折叠式压电振子的疲劳分析

在位移载荷下,为了预测粘结层厚度对折叠式压电振子的疲劳寿命,该文对粘结层进行理论分析,建立了一种折叠式压电振子的有限元模型,分别在85.5 Hz、105.8 Hz及153.2 Hz 3种不同的工作模式下,施加正弦位移载荷,并进行了模型静力分析,将分析结果传输到nCode DesignLife软件进行疲劳分析。结果表明,在粘结层厚为0.07 mm时,弹性层和压电层所受应力值最小;由疲劳寿命分析可知,结构发生破坏集中在压电陶瓷层,在105.8 Hz时,压电层的疲劳寿命次数为5.317×107;在85.5 Hz、153.2 Hz时,压电层的疲劳寿命次数分别为8.82×106和1.624×106。因此,在折叠压电振子实际应用中,需综合考虑粘结层厚度、位移载荷及压电陶瓷的疲劳寿命,才能实现最大的电能输出。     

基于Ansys的压电陶瓷材料振动特性仿真与研究

本文以智能材料中压电陶瓷为研究对象,对其进行的主动振动控制。本论文总结分析了压电陶瓷的特性和相关的物理学方程,依据理论分析的结果,确定PZT材料的具体参数的选择,分析压电陶瓷特性和力学模型。利用Ansys仿真软件对梁进行模态分析得到各阶模态下的振动频率,观察振动情况。并分析PZT在静态、动态电压下的电致伸缩特性。然后给梁上的压电陶瓷一个激振,观察和分析梁的振动情况。最后在梁的某个位置粘贴第二片压电陶瓷,对其施加与第一片相反的电压,抑制梁的振动,观察分析抑制情况。     

金属-压电复合管驱动器静态驱动性能分析

提出了一种新型金属-压电复合管驱动器,以满足微振动主动控制及隔振系统对压电驱动器在位移量、驱动力等性能方面的需求。将管状压电驱动元件粘贴在金属管上,当压电管受外加激励电压作用时,便会在轴向产生伸缩应变,从而使金属管在轴向产生一定的位移量和驱动力。首先对该压电驱动器的静态驱动性能进行理论分析,结果表明,该新型压电驱动器具有中等位移量和驱动力;同时用有限元法对其进行了验证,对于某金属-压电复合管驱动器,通过理论计算和有限元法得到的应变量分别为0.912×10-5、0.925×10-5,从而证明了该理论分析的有效性和正确性;最后设计并制作了一款铜-压电复合管驱动器。     

基于压电陶瓷的结构损伤检测技术

根据压电材料的压电效应,压电陶瓷片(PZT)既可作为传感器又可作为驱动器。将压电陶瓷片粘贴在待测结构的表面,运用压电阻抗技术,对结构中螺栓松动的损伤进行检测分析。实验证明,通过检测压电动态阻抗的变化即可分析出螺栓松动的结构损伤情况。基于压电陶瓷的结构损伤检测技术,可以对机械结构进行实时在线损伤检测,它不仅适用于宏观损伤检测,且在高频激励下,对于微小损伤的检测也非常有效。     

2m主镜主动支撑优化设计

结合某空间光学系统的任务需求,对其2m口径主镜的支撑难点作了详细的论述。为了使主镜达到光学设计所要求的面形精度,运用了结构有限元法和优化设计方法对主镜进行了支撑位置优化;并分别针对主镜轴向1 g 重力载荷、轴向1 g 重力载荷耦合1℃均匀温升两种工况,以主镜镜面RMS 为目标函数、力驱动器驱动力为优化变量进行了多参数优化。通过优化获得了最佳的驱动力组合,镜面RMS 分别达到19 nm、43 nm。该方法具有一定的应用价值。     

一种MEMS热驱动可变电容的分析模拟

文中设计并分析了一个MEMS热驱动可变电容,它的下极板固定于衬底,上极板通过热致动器驱动。热致动器由冷臂和热臂组成,一端通过锚点固定于衬底,一端连接在电容器上极板。热驱动器通过电压驱动使MEMS电容器上极板上下运动。文中作者使用有限元方法模拟了150～300μm加热臂长在0～4 V电压条件下的电容变化值和温度变化,有限元模拟结果表明其电容变化率最大可达10倍。     

叉指形电极压电驱动器性能分析

分析了叉指形电极压电驱动器的结构特点和电场结构。给出了压电驱动器的本构方程,建立了叉指形电极压电驱动器的有限元模型,研究了指形电极关键尺寸和压电片厚度尺寸对驱动器应力、应变的影响,对比分析了普通电极压电驱动器的应力和应变性能。研究结果表明:叉指形电极压电驱动器比普通电极压电驱动器驱动应力大,最大可以高达5倍;具有明显的正交异性,横向效应系数为–2.16;减小电极中心距和压电片厚度能提高驱动器性能。     

双层弯曲热执行器的有限元分析

研究了一种由多晶硅电阻、硅和金属层构成的双层弯曲热执行器。利用有限元方法计算了该执行器的纵向偏转和温度分布。为了提高精度,本文提出了一种三层结构的有限元模型,当用厚度为1μm的硅和0郾5μm厚的铝薄膜构成执行器时,在5V电压的驱动下可以获得最大位移为25郾62μm。由有限元分析还可以得到温度分布,最后和实验结果进行了比较,并讨论了误差产生的原因。     

多层微悬臂梁压电薄膜致动器的静态分析

考虑缓冲层和电极层,建立了一个多层微悬臂梁压电薄膜致动器的静态模型来评估微悬臂梁的致动器的静态性能。对此模型致动器的自由端挠度和致动力进行模拟,同时将得到的结果与有限元模型结果进行对比验证模型的正确性。对比可知,理论模型与有限元模型相符。这项研究为压电致动器的结构设计和性能改善提供了帮助。     

Design and control of a rotary dual-stage actuator positioning system

This paper presents the design and control of a rotary dual-stage actuator (DSA) positioning system, which has a flexure-based beam driven by a voice coil motor (VCM) and a piezoelectric (PZT) actuator simultaneously. The design goal is to enable the two actuators complementary to each other for the combined ability of high positioning accuracy and a large tangential displacement range. To achieve a high tracking speed, the flexure beam is designed via finite element method (FEM) analysis to have sufficiently high open-loop bandwidth. System identification and measurements on the DSA prototype are also presented to verify the FEM analysis. Finally, the composite nonlinear control (CNC) method is applied to the DSA system. Experimental results demonstrate that the DSA servo system significantly outperforms the single-stage servo system in both step tracking and disturbance rejection.     

基于双压电执行器的高频响伺服刀架实现研究

目前应用压电执行器的快速伺服刀架只能提供单向的驱动力,回复时间长,据此提出了一种双压电执行器构造的高频响伺服刀架。采用经典PI迟滞模型和其逆模型分别对2个压电执行器进行建模,在此基础上实现2个执行器的联动控制。为了提高控制精度,对经典PI模型进行改进,使其具有动态和非对称性。有限元软件分析得到该刀架的响应速度为10.21mm/s。最后实验结果表明刀架的响应速度为9.62mm/s。     

基于权值的微机械数模转换器

提出了一种新颖的基于权值的微机械数模转换器 ,它的原理与电路中的权电阻数模转换器类似。通过改变纵向梁的长度获得不同的刚性值作为比例因子 ,从而实现由二进制电压输入到模拟位移输出的转换。为了减小误差 ,对结构作了优化设计 ,同时还考虑并解决了零稳定性问题 ,提高了输出位移的精度。文中给出了有限元方法对由热执行器阵列驱动的数模转换器的输出位移分析的结果 ,并对几种微机械数模转换器的设计进行了比较。     

新型惯性压电驱动机构的仿真分析

提出通过机械方式控制压电驱动机构和支撑面之间正压力的有序变化,形成有规律的新型惯性压电驱动机构的研究方案。分析了机构的运动机理,建立了机构的动力学模型,应用现代控制理论,利用Matlab对机构进行运动学仿真,得到了机构位移仿真曲线,设计、制作了驱动机构样机,并作了相关的性能测试。仿真计算和试验结果表明了运动机理和动力学模型的正确性。     

磁致伸缩棒驱动的双向电静液作动器

该文设计了一种由磁致伸缩材料驱动的电静液作动器,通过主动配流阀的整流作用,实现了作动器内部油液的单向流动,并通过改变驱动电流的相位角,实现了作动器的双向运动及连续可控流量的输出。通过MATLAB/Simulilnk对作动器系统进行数学建模,分析了相位角与作动器输出流量的关系。最后搭建作动器性能测试平台,通过改变驱动电流的相位角,测量作动器的双向输出位移,并得到不同驱动频率下的作动器输出流量,实验结果表明,在系统偏压为0.6 MPa,驱动频率为120 Hz时作动器的最大无负载输出流量为1.28 L/min。