超磁致伸缩换能器等效动力学模型研究

对动态磁致伸缩过程进行分析，并建立了超磁致伸缩换能器的等效动力学模型。应用Green函数得到换能器的固有频率值。讨论了超磁致伸缩材料径向振动对其纵向振动的影响。与弹性杆纵振模型的比较表明，等效集中参数模型简便有效，为换能器参数选择提供了设计依据。     

矩形铝蜂窝夹层板振动本征频率实验研究

运用等效理论对矩形镍铬钢薄板和铝蜂窝夹层板弯曲振动进行分析,并通过实验验证:辐射板的最低本征频率正相关于换能器的起始发射频率,辐射板的模态密度正相关于换能器带宽.采用铝蜂窝夹层板作为辐射板的超声换能器,在5 V的信号激励下,起振频率为15 kHz,带宽为15～45 kHz,辐射声压级为95 dB,声压级起伏不超过±5 dB.而且具有薄型的优点,厚度不大于2 mm,辐射面积不大于500 mm2,水平辐射声压级无指向性.     

一种功率超声换能器驱动电路设计

分析了磁致伸缩换能器的等效电路,计算得到了换能器工作的谐振频率.对换能器工作电压与电流的相位差进行补偿,并给出了相位补偿后的等效电路.以DSP为控制单元,设计了换能器驱动电路,包括电源电路、功率放大电路、辅助电源电路等.功率放大电路的全桥逆变电路采用自动相位控制方式.对电路的工作原理和工作过程进行了分析,对设计的换能器...     

超磁致伸缩换能器有限元动态模型的研究

超磁致伸缩材料是在磁场的作用下能产生巨大伸缩变形的一种新型功能材料,它的应用越来越受到研究人员的关注．将超磁致伸缩材料Terfenol-D应用于换能器中,将极大地提高换能器的性能指标．介绍了超磁致伸缩材料研制的换能器的结构,利用有限元方法建立了磁机械耦合动态模型,并推导出换能器的谐振频率表达式,计算与仿真表明所建立的有限元动态模型在忽略涡流影响的条件下能够反映换能器的输入输出关系,此项研究对于超磁致伸缩换能器的控制及实验研究具有重要的指导意义。     

基于ATILA的宽带超磁致伸缩纵振换能器设计

针对常用的水声换能器分析软件无法直接计算稀土超磁致伸缩换能器的问题,利用ATILA有限元软件的超磁致伸缩材料模块,直接在软件中建立模型并计算,设计了一个低频、宽带、大功率的超磁致伸缩纵振式换能器,并分析了换能器空气中的振动模态、阻抗特性及水中的发射性能.制作的换能器样机纵向振动谐振频率和前盖板弯曲振动谐振频率分别为2.5 kHz和6.6 kHz,在2～7 kHz的频带范围内,声源级不低于190 dB.同时将仿真结果与测试结果进行了比较,结果表明ATILA有限元软件的计算结果与换能器的测试结果吻合较好.     

换能器辐射板材料对辐射声场分布的影响

辐射板是换能器的声源输出装置,在安装空间限制声源尺寸的情况下,增加辐射板振动幅度成为研究的重点。本文仅考虑材料对辐射板振动幅度的影响情况,并进行了有限元软件WORKBENCH和ATILA软件分析了磁致伸缩换能器辐射板材料对振动幅频特性的影响以及对谐振腔内声场分布的影响。结果表明,相同激励与边界条件下,铝材料辐射板出现活塞振型时频率最高,输出位移最大,是其他材料辐射板输出位移的4.48-24.8倍;加入谐振腔体后,铝辐射板对应谐振腔内声压幅值最大,是其他材料对应辐射板辐射声压幅值的1.2-2.4倍。以上结论为频微型换能器辐射板的设计工作提供了有力依据。     

稀土磁致伸缩材料Terfenol-D的变负载特性分析研究

关于稀土超磁载伸缩材料Terfeno1-D的磁致伸缩特性国内外已有大量报道，但大多数都是基于载荷(预紧力)在磁致伸缩过程中保持不变条件下的磁致伸缩特性研究．在这些研究的基础上分析了Terfenol-D材料在变负载时的磁致伸缩特性。介绍了变负载动态特性曲线的绘制方法并讨论了恒载与变载的特性曲线的特点与差异。对设计和研究磁致伸缩换能器的动态特性具有参考价值．     

多棒结构磁致伸缩换能器的磁场研究

基于换能器的不同应用背景,设计了2台换能器样机,分别为应用于高频的双棒结构换能器样机和应用于微米级抛光的四棒结构换能器样机。基于Maxwell方程组,应用有限元方法对两台多棒结构换能器样机进行了磁场分析,确定了最佳磁路结构。研究发现,在6 000 Hz频率和2 A励磁电流下,驱动线圈串联的双棒结构换能器的平均磁通密度为0.879 T。与其他磁路结构相比,它的磁通密度更高且更均匀,适用于高频换能器。对四棒结构换能器进行不同激励条件下的磁场分析,结果可知A棒和C棒的磁通密度相位相差180°,B棒和D棒的磁通密度相位也相差180°,磁通密度峰值均为0.45 T。4个磁致伸缩材料棒之间形成闭合回路,漏磁较小,具有三维位移输出,此磁路结构适用于微米级抛光的换能器。     

稀土超磁致伸缩换能器的实验研究

分析了超磁致伸缩材料静、动态特性，对自行设计的超磁致伸缩大功率换能器进行了试验研究，该装置具有功率大、适用频带宽、峰值尖锐余振小等特点。     

超磁致伸缩执行器自感知机理研究

为了能有效地减小微器件的体积并实现同位控制，提出了超磁致伸缩执行器同时作为执行器和传感器的自感知工作原理. 分析了超磁致伸缩执行器作为双向换能器的自感知物理基础，以此建立了执行器和传感器的能量耦合模型. 根据磁致伸缩材料的压磁方程，并结合励磁线圈的截面积、匝数及磁致伸缩棒的截面积、长度、弹性模量、压磁系数等，推导了感知力和感知速度的计算方法. 提出了利用桥路法在强驱动信号的背景下提取感知信号的方法，在研制的执行器自感知实验系统上，验证了力感知和速度感知方法的有效性     

四周弹性支承矩形板的解析分析

用叠加法研究了矩形板在四周弹性支承下的解析解，推导出各种边界条件下矩形板的解的统一表达式，通过四周弹性支承梁与板在边界的位移和转角协调，得到弹性支承矩形板的解析解，并且可以改变梁的刚度EI与GIt，得出荷载作用下各种边界条件下的矩形板的解．最后对结果的准确性进行了验证．     

有限结构复合阻尼钢板的声辐射隔声量估算和结构参数的影响

利用统计能量法估算了有限结构复合阻尼钢板的隔声量 ,研究了基板、附加板厚度和附加板材料对隔声量的影响。     

热载下钢筋混凝土矩形简支薄板的自由振动

为了得到工程结构中热载作用下钢筋混凝土矩形薄板的自由振动规律,基于刚性板和小挠度理论,按照iliushin小弹塑性理论和Hognestad等建议的混凝土本构模型,建立了混凝土薄板下应力-应变的非线性弹性本构方程,推导了热载作用下钢筋混凝土矩形薄板的动力方程.利用Galerkin原理,得到了四边简支钢筋混凝土矩形薄板在温度均匀变化时的非线性动力方程及其解析解.结果表明:板的材料弹性常数、几何尺寸(长宽比)、相对厚度和温度对薄板的固有频率具有一定的影响.     

矩形中厚板弯曲问题的解耦解法

为简化中厚板弯曲问题解析解的求解方法,采用解耦法和改进的重三角级数法对问题进行求解.首先从板问题的原始控制方程组出发,通过引入过渡函数,用解耦法对变量相互耦合的偏微分方程组进行分解化简,分别解耦成可以直接求解和间接求解的独立偏微分方程,进而在四边固支边界条件下,利用改进的重三角级数法,将计算过程中不同的级数核统一化,分别求得原始控制方程中各个变量的级数解,最后将所得解析解与有限元解进行对比分析.结果表明:随着级数项的增加,级数解与有限元解趋于一致,从而验证了该方法及推导过程的正确性.同时,在整个求解过程中,通过对控制方程组的解耦化简,避免了复杂的运算过程,使得问题的整个解法更为简洁、直观.     

Analytic solution for Reissner plate bending based on new symplectic approach

This paper presents the analytic solution for Reissner plate bending derived by the symplectic geometry approach.Firstly,the basic equations for Reissner plate are transferred into Hamilton canonical equations.And then the whole state variables are separated.Finally,the solution is obtained according to the method of eigenfunction expansion in the symplectic geometry.Only the basic elasticity equations of Reissner plate are used in the present study and the pre-selection of the deformation function is abandoned,which is requisite in classical solution methods.Therefore,the utilized approach is completely reasonable and theoretical.To verify the accuracy and validity of the formulations derived,the numerical results are presented to compare with those available in the open literatures.     

四边简支正交异性板Reissner修正理论的解析解

根据Reissner平板理论,变形后板的中面法线仍保持为直线,但考虑剪切变形后,它将不再垂直于变形了的中面。本文将Reissner型修正理论应用于正交异性板,并得出在四边简支边界条件下正交异性板的解析解。     

含孔橡胶矩形板的单向压缩

在船舶和海洋工程领域,以橡胶材料为代表的超弹性材料应用越来越广泛,故研究橡胶材料的损伤和破坏的力学机理是一个非常现实的重大课题.该文力求通过研究橡胶材料的空穴萌生和增长来了解超弹性材料的损伤和破坏的力学机理.利用高玉臣给出的一类应变能函数分析了含单个微孔橡胶矩形板在受单向压缩作用下生长的有限变形问题.利用不可压缩条件确定了矩形板的变形模式,此变形模式含有2个物理意义完全不一样的参数,其中一个参数可由远场的变形状态确定,另一个参数可用最小势能原理导出变分近似解.进而给出了反映微孔变形的参数与外载间的关系,以及孔边应力分布的解析解.结果显示,高玉臣给出的应变能函数能较好地描述橡胶材料的有限变形特性,含有单个圆柱微孔的三维橡胶矩形板受压与受拉时的力学特性相差较大.     

集成微光学导光板衍射分析

根据标量衍射理论,计算出集成微光学导光板的衍射光场分布解析表达式,结果表明,集成微光学导光板的亮度增强效果是传统方法的1.5倍,本结果对实验制作有理论指导意义.     

静荷载作用下圆薄板在弹性地基上的振动问题

利用能量变分法和摄动法研究了圆板在弹性地基上的非线性振动问题，求得了一般问题的三次近似解析解，并给出了非线性固有频率和振幅以及非线性固有频率和静载荷作用下的挠度之间关系。     

冷弯薄壁型钢门式刚架极限承载力影响因素

为研究冷弯薄壁型钢门式刚架极限承载力,提出梁-弹簧单元模拟冷弯薄壁型钢门式刚架节点工作性能和考虑构件初始几何缺陷影响的有限元模拟分析法,研究冷弯薄壁型钢门式刚架在竖向荷载作用下的变形性能及破坏特征。对已有冷弯薄壁型钢门式刚架试验模型进行模拟分析的结果显示,有限元计算结果与试验结果吻合较好。通过改变构件的腹板厚度和翼缘宽度、节点板厚度、刚架梁坡度、柱脚刚度等因素计算刚架极限承载力,计算结果表明,增大前述各个参数值均可以提高冷弯薄壁型钢门式刚架的极限承载力。