Methodology to evaluate variations in piezoelectric constants after aging process

ABSTRACT

Piezoelectric ceramic properties change with time. Detected aging effects for PZT ceramics are; the difference in the value of the dielectric constants diminishes, whereas dielectric losses and elastic stiffness increases. In this work, an optimisation technique based on adjusting a finite element model to reproduce the complex impedance curves of a resonant piezoceramic disk is analysed aiming to detect changes due to aging. This technique allows estimating all material parameters, both their real and imaginary parts. The optimisation uses the constitutive equations of the piezoelectric effect in the linear regime. The evolution of elastic, piezoelectric and dielectric constants is evaluated after 5 years of aging. To compute the ten complex parameters, the piezoelectric model is adjusted to minimise the difference between finite element simulations and the experimental data. Results presented here, show that the proposed technique is sensitive enough to detect changes in the individual parameters due to aging process.     

双激励超声波椭圆振动磨削装置设计及优化

基于ANSYS Workbench多目标驱动模块对双激励超声波椭圆振动磨削(UEVG)装置进行优化设计。基于等效电路法设计前盖板是λ/4(λ为波长)复合变幅杆的半波长换能器,先后建立带有载物台的变幅杆及UEVG装置的参数化模型进行模态、谐响应分析。根据10个设计点模态分析确定变幅杆最优尺寸,在此基础上通过42个设计点仿真分析获得UEVG装置的谐振频率、节面位置与结构尺寸的关系,并优化尺寸。优化后UEVG装置的谐振频率与理论设计频率的误差为0.24%,振幅高达16.7μm。     

主动电磁轴承失效后转子坠落在备用轴承过程中的非线性动力学

用有限元法建立了任意个由滚动轴承组成的固定间隙备用轴承-主动电磁轴承-多盘多质量转子系统在主动电磁轴承失效前后的动力学方程,以一个多盘转子系统为例分析了主动电磁轴承失效后转子坠落在备用轴承过程中的瞬态非线性动力学特性,讨论了柔性备用轴承的支撑刚度、支撑阻尼和间隙对转子在坠落过程中动力特性的影响。结果表明采用具有较大阻尼柔性结构的备用轴承能够显著地改善转子坠落在备用轴承上的瞬态动力特性,抑制转子在坠落过程中可能出现具有较大振动和冲击力的全间隙区的涡动运动,减小转子坠落对备用轴承寿命和可靠性的影响。柔性结构备用轴承的支撑阻尼越大,支撑刚度越小,间隙越大,转子坠落后出现全间隙区涡动运动的可能性越小。     

Thermal modeling of drilling process in titanium alloy (Ti-6Al-4V)

Abstract

In drilling in titanium alloys, heat trapped in a hole adversely affects tool life, hole surface quality and integrity. Therefore, modeling temperature distribution in drilling is vital for effective heat dissipation and improving quality of drilled surfaces. The existing numerical and finite element models consider only frictional heat, whereas the effect of shear heat generation and tertiary heat generation is neglected. In the present work, a comprehensive thermal model of the drilling process is developed by considering all heat generated in shear, friction and tertiary zones. The drill cutting edges are divided into a series of independent elementary cutting tools (ECT). The calculated heat flux loads are applied on an individual ECT in the finite element model to determine the temperature distribution and the maximum temperature around the cutting edge. The temperature in the drill was also measured experimentally with the help of an Infrared (IR) camera. The results of numerical simulations lie within the error of ～8.75% when compared to the prior studies, and ～5.41% when compared to our experimental work. The thermal model gives the temperature distribution, and the maximum temperature observed at the corner of cutting edge was 604.2°C at a cutting speed of 35?m/min.     

减小表面直波纹的磨削动态特性测试及分析

在对外圆磨床磨削工件的表面直波纹形状和分布情况的研究及磨削过程中对磨削表面质量影响较大的砂轮架模态试验测试的基础上,分析造成表面直波纹的有害频率。建立有限元模型进行数值计算并通过试验数据验证,分析各阶频率相应的振型,讨论减少磨削表面直波纹的方法。为下一步对该砂轮架系统进行灵敏度分析及结构动力修改提供可靠的依据。     

基于液—固耦合有限元仿真的液阻悬置集总参数模型动特性分析

探讨应用非线性固体有限元和液-固耦合非线性有限元仿真方法预测与识别液阻悬置集总参数模型的主要参数(如上液室的体积刚度和等效活塞面积、惯性通道中的液体和解耦板及其附连液体的惯性系数与流量阻尼系数等)的分析方法。在此基础上，利用集总参数分析模型对一种轿车用液阻悬置的动特性进行计算分析。数值预测结果与实测结果或近似解析计算结果的对比分析表明，基于液-固耦合有限元仿真方法的液阻悬置集总参数模型动特性分析技术是可行、有效的，其预测结果精度特性满足工程要求。应用这种方法，可以在液阻悬置的设计开发阶段较精确地预测产品的性能和进行优化设计，有利于提高产品设计质量、缩短开发周期。     

490ZQ柴油机连杆结构强度评估

利用三维有限元法,对490ZQ柴油机连杆的结构强度进行有限元数值计算和评估,为该机型的增压改进和设计提供理论依据。     

谐波齿轮传动中柔轮应力的有限元分析

建立了谐波齿轮传动中杯形柔轮与波发生器接触分析的有限元模型,对常用的滚轮、凸轮及圆盘式波发生器作用下柔轮空载时的应力进行了计算分析,得到了柔轮壳体的应力分布状况。研究表明:柔轮壳体上的最大应力出现在齿圈与波发生器的接触部位,齿圈上沿圆周方向的应力呈对称分布,在长轴和短轴处较大,在两者中部较小;沿齿圈宽度上柔轮的应力分布状况在双滚轮和四滚轮下相近,最大应力位于齿圈后端;双圆盘和凸轮下应力分布相近,最大值位于齿圈前端;在同样大的变形下,采用圆盘波发生器时柔轮上具有较小的应力。     

基于有限元的大型模锻压力机钢丝缠绕动梁预应力测试

预应力检测对重型压机钢丝缠绕工艺来说至关重要。钢丝缠绕压机动梁结构复杂,缠绕时表面应力场分布无明显规律,测试难度大,目前动梁缠绕工艺的应力测试尚属空白,给工艺质量评价及工艺控制带来不便。应用有限元法对400 MN航空模锻压机动梁缠绕进行模拟,研究动梁缠绕时端面的应力场分布特征,确定动梁端面存在环形的径向、周向单向应力区,据此制定应变测量贴片方案,解决了重型压机动梁缠绕过程中预应力测试的难题。有限元计算结果与试验结果基本吻合,确保动梁缠绕工艺质量达到设计要求,也证实了这种基于有限元的应力测试方法的可行性。该方法对于其他复杂工程结构的应力测试具有借鉴意义。     

用有限元法设计金刚石砂轮电解修整的阴极

根据电解成形理论设计阴极,用于金属结合剂成形金刚石砂轮的电解修整。应用有限元法求解电场中的拉普拉斯方程几何反问题,计算出阴极曲线形状。假定初始阴极形状,施加阳极边界条件,从砂轮阳极表面开始逐层计算电位分布,求得修整间隙区域的等电位线,从而得到修整阴极工具曲线族。通过设计阴极与砂轮廓形的对比,分析了成形砂轮轮廓形状,修整电压和电解液电导率对设计阴极形状的影响。研究结果表明:设计阴极与成形砂轮的廓形并不一致。随着成形砂轮廓形曲率,修整电压和电导率的增加,设计阴极与砂轮廓形的偏差加大。为了修整出精确的砂轮廓形,成形砂轮的修整参数应保持稳定。