并联结构d_(15)模式PZT-51悬臂梁的俘能性能

利用高剪切压电系数,设计并制作并联结构d15模式PZT-51悬臂梁装置,测量其在不同负载电阻下输出峰-峰值电压和输出功率随频率变化的关系以及不同负载电阻下共振瞬时输出电压和振动激励电压与输出峰-峰值电压关系。当频率为96 Hz、负载电阻为100 k?时,该PZT-51悬臂梁装置的输出峰-峰值电压最大值为1.96 V,输出功率达到最大为19.21μW。随着振动激励电压的增大,并联结构d15模式PZT-51悬臂梁装置的输出峰-峰值电压随之增大,并联结构d15模式PZT-51悬臂梁俘能特性的研究可为设计d15模式压电俘能器提供指导。     

辊轧机状态监测系统压电俘能自供电装置带宽自调整方法

研究了一种基于带宽自调整压电俘能供电的辊轧机状态监测装置,该装置能够根据不同的外界激励频率调整自身结构和改变自身固有频率,从而实现压电俘能装置在外界激励作用下发生共振。对该带宽自调整的压电俘能装置建立数学模型,并对其固有频率进行有限元仿真以及实验研究,通过理论研究分析了不同悬臂梁长度在不同外界激励作用下对压电俘能自供电装置的固有频率和发电电压的影响规律。研究结果表明:压电俘能装置的共振频率范围包含了设备工作时的主要振动频率范围,可以通过反复调节悬臂梁长度,使得供电装置的输出电压更加稳定。     

等应力楼梯压电俘能装置数学建模与实验研究（英文）

为了提高楼梯压电俘能装置的发电效率,设计了一种等应力式压电俘能单元结构,建立了等应力式压电俘能单元结构的压电俘能数学模型;搭建了压电俘能性能测试实验平台,对无等应力块和有等应力块的悬臂梁压电俘能装置进行了对比实验测试,实验结果表明:当振动激励条件相同时,有等应力块的等应力压电俘能装置的集电效率高于无等应力块的悬臂梁压电俘能装置;在低频激励条件下,当激励位移不变时,两种装置的俘能超级电容电压均随激励频率的增大而减小;当激励频率不变时,两种装置的俘能超级电容电压随激励位移的增大而增大。     

等应力楼梯压电俘能装置数学建模与实验研究

为了提高楼梯压电俘能装置的发电效率，设计了一种等应力式压电俘能单元结构，建立了等应力式压电俘能单元结构的压电俘能数学模型；搭建了压电俘能性能测试实验平台，对无等应力块和有等应力块的悬臂梁压电俘能装置进行了对比实验测试，实验结果表明：当振动激励条件相同时，有等应力块的等应力压电俘能装置的集电效率高于无等应力块的悬臂梁压电俘能装置；在低频激励条件下，当激励位移不变时，两种装置的俘能超级电容电压均随激励频率的增大而减小；当激励频率不变时，两种装置的俘能超级电容电压随激励位移的增大而增大。     

高频精密输送振子多驱动源激振幅值一致性实验测试

基于压电驱动原理,提出用于物料振动精密输送装置的高频压电输送振子。剖析高频压电振子输送机制,制作了压电输送振子。通过实验,对压电输送振子激振体采用多驱动源进行驱动输送振幅一致性进行测试分析,结果表明:在同一测试条件下,驱动电压为120 V时,4组驱动源压电陶瓷片单个激振谐振频率分别为34. 761、34. 759、34. 760和34. 760 k Hz,示波器电压峰-峰值分别为22. 4、22. 6、22. 4和22. 4 V。4组驱动源激振频率和电压变化波动很小,对压电振子输送性能几乎没有影响。驱动源单独激振时压电振子输送幅值基本保持一致,为物料振动输送装置高频压电振子激振源的设计提供了参考。     

双激励压电悬臂梁的力电响应分析

压电能量收集器因其结构简单、能量密度高、不受电磁干扰、能够在较低的频率收集振动能等优点,在机械、电子和航空航天等领域具有良好的应用前景。针对提高压电振动能量收集器发电效率的动力学设计,旨在研究双激励环境下压电悬臂梁的力电响应特性。根据Euler-Bernoulli梁理论、压电材料本构关系以及克希霍夫定律,建立双激励压电悬臂梁的机电耦合动力学模型。在此基础上,应用Galerkin法与模态叠加原理推导压电悬臂梁的力电响应表达式,建立根部应变与输出电压的关系模型。测试不同参数下单/双激励压电悬臂梁的力电响应特性,验证理论推导的合理性。最后,分析相位对双激励下压电悬臂梁输出电压的影响。结果表明：压电悬臂梁在双激励下的应变幅频响应变化规律与电压响应规律基本吻合;双激励下压电悬臂梁的力电响应曲线均呈现先增大,在接近共振频率达到极值时减小的变化趋势;激励幅值的增大导致压电悬臂梁的刚度和共振频率降低,试验测得的压电悬臂梁最大频率降为1.5 Hz;调节2种激励信号的相位,会影响输出电压响应,而且在一个周期内呈先减小后增大的趋势。     

悬臂梁压电系统性能分析与应用研究

基于压电效应,设计了一种包含悬臂梁、压电片、磁铁和驱动马达的新型压电系统,通过对其发电性能的优化分析,将该系统应用于自行车警示灯装置中,并作为自主供电系统.首先利用ANSYS对压电悬臂梁进行结构应力和动力学分析,探讨尺寸变化对发电性能的影响,进一步利用圆盘的转动和磁力的作用使压电悬臂梁弯曲变形并增加其振幅,研究了磁铁不同间距、马达转速对输出电压的影响,并进行了电路分析实验.结果表明:将该压电系统装配在自行车上,车轮转速240 r/min,磁铁间距为15 mm时,可输出4.42 V电压,LED灯能保持稳定点亮状态,作为自行车夜间警示灯使用具有较好的效果.     

悬臂梁压电系统性能分析与应用研究（英文）

基于压电效应,设计了一种包含悬臂梁、压电片、磁铁和驱动马达的新型压电系统,通过对其发电性能的优化分析,将该系统应用于自行车警示灯装置中,并作为自主供电系统。首先利用ANSYS对压电悬臂梁进行结构应力和动力学分析,探讨尺寸变化对发电性能的影响,进一步利用圆盘的转动和磁力的作用使压电悬臂梁弯曲变形并增加其振幅,研究了磁铁不同间距、马达转速对输出电压的影响,并进行了电路分析实验。结果表明:将该压电系统装配在自行车上,车轮转速240 r/min,磁铁间距为15 mm时,可输出4.42 V电压,LED灯能保持稳定点亮状态,作为自行车夜间警示灯使用具有较好的效果。     

考虑疲劳的压电振动能量收集器发电能力分析

针对压电振动能量收集器的振动疲劳问题,研究疲劳对压电悬臂梁发电能力的影响。以能量收集器用压电悬臂梁为研究对象,通过扫频模态试验和基础激励振动试验测得试验件的应变响应和电压响应。分析数据,讨论基础激励加速度与激振频率对应变响应和电压响应的影响。通过5×10⁵次疲劳循环加载前后试验件的应变响应和电压响应变化情况,研究疲劳损伤对试验件电压响应的影响。结果表明,不同激励环境对压电悬臂梁的疲劳损伤具有不同程度的影响,而压电悬臂梁的电压响应变化与因疲劳损伤导致的疲劳应变响应变化近乎呈正相关性。     

基于压电材料的汽车能量回收装置的研究

针对新能源汽车行驶过程中多余能量回收问题,基于压电材料正压电效应,提出一种新型的回收汽车振动能量的方式,通过安装在液压减震器内的压电材料与活塞结合,将汽车行驶时振动所浪费的能量进行回收并再利用。通过有限元分析软件进行流固耦合分析,得到与压电材料粘贴的基板的合理应力值,并得出振动时基板固定端产生的最大应力为81.099 MPa;同时通过对压电材料和基板的应力分析,得到如何选择压电材料与基板的安装位置和减震液,使压电片振动效果最好,从而使能量回收率效果最好。且不附加传统压电发电装置的质量块,减少了车载附加质量。     

振动疲劳对压电悬臂板电激励响应的影响

针对压电智能结构的动力学设计,研究振动疲劳对双晶压电悬臂板电激励响应的影响。在电压激励下,测试压电悬臂板的自由端位移、致动层根部应变和传感层发电电压随振动循环次数的变化,分析激励电压幅值和电压波形对位移、应变及发电电压的影响,讨论位移响应、应变响应和发电电压响应随振动疲劳的变化情况。结果表明:在45~50 V的激励电压下,激励电压幅值越大,压电悬臂板的电致响应幅值下降越多,疲劳损伤速率越快;正弦波电压激励相较于三角波电压激励更容易导致振动疲劳;由于振动疲劳损伤的非线性,压电悬臂板疲劳损伤前后的位移?应变曲线斜率不再一致,而且疲劳损伤后共振时压电悬臂板根部应变降低。试验结果可为压电智能结构的动力学设计提供数据支撑。     

数值仿真在大型二冲程船舶柴油机上的振动特性分析

采用数值仿真法对某大型二冲程船舶柴油机进行了振动特性研究.为提高数值计算精度,对模型采用全尺寸仿真,并分析了其振动模态和不同转速下的频率响应,为避免柴油机的共振提供设计依据.往复式柴油机的模态阻尼系数取决于结构零件在振动过程中的相互作用和能量耗散率,为解决大型二冲程船舶柴油机振动特性数值仿真时阻尼系数难以选取的问题,采用一种迭代算法,将柴油机看作一种多自由度的弹簧-质量-阻尼系统,逐步迭代出最佳的阻尼系数,并通过实验进行拟合分析,验证了该算法的准确性.     

基于声传递矢量法的船舱主机辐射噪声声场分布研究

以某中速船舶柴油机为研究对象，对其不同转速下的振动响应进行了实验研究。在实验的基础上，对于该类型的多转速工况机器，采用基于模态扩展的声学传递矢量（ Acoustic Transfer Vector， ATV）计算技术，将振动与声场联系起来，计算出了机舱在主机单一噪声源激励下的噪声场分布。计算结果表明：振动响应的分布规律与机舱声场分布的规律一致，验证了基于振动法预测声场分布方法的准确性，同时可视化的声场分布可为机舱的降噪提供理论指导。     

Timoshenko梁自由振动分析及在称重仪中应用的研究

称重仪主要是以应变片作为称重传感器进行测量,应变片贴在一根短粗的梁上。在称重过程中,梁产生振动,使得其测量时间延长。称重仪中的梁符合Timoshenko梁模型,由于Timoshenko悬臂梁自由振动理论模型的求解非常复杂,运用有限元法对称重仪的悬臂梁进行分析求解比较方便,运用其结果进行拟合,通过拟合的方程对梁的受力进行量纲一化,得到峭度指标,将梁的振动大小与峭度的对应关系应用于测量,缩短称重仪器检测时间。结果表明:采取峭度作为梁受力的量纲一化的指标,可快速确定梁的受力,测量的可靠性和合理性高。     

大振子压电泵模拟血液泵送研究

设计了一种单腔大振子被动阀压电泵,压电振子直径为70 mm,厚度0.6 mm,采用伞形橡胶阀厚度为0.3 mm,直径为10 mm。在理论分析的基础上,验证了结构输出流量的合理性。利用浓度90%的甘油水溶液模拟黏度234.6 mPa·s血液介质,测试了不同工作频率下单腔大振子压电泵输出流量及压力。试验结果表明:在输入电压为110 V正弦交流电压,当电源信号频率为210 Hz时,得到流量最大值为412.5 mL/min,在当电源信号频率为110 Hz时,得到压力最大值为1.729×104Pa。试验结果为单腔大振子压电泵血液输送研究提供了参考。     

495A柴油机缸体铸造充型过程流动场水力模拟试验

495A柴油机缸体铸件存在严重的卷入性气孔缺陷，基于相似性原理设计制作了缺体水力模拟模型，通过对缸体原浇注工艺的水力模拟，发现原浇注工艺不合理是造成495A缸体产生缺陷的主要原因，水力模拟的进一步试验，提出了改进原浇注工艺的措施，改变内浇道设置以获得较好的充型效果。从而达到减少卷入性气孔的目的。根据模拟结论指导具体生产过程，大大降低降低了缸体铸件的气孔废品率，取得了良好的经济效益。     

大桥风力-压电混合发电装置模拟仿真实验研究

针对此前开发的桥洞风力与压电陶瓷混合发电装置,利用ANSYS软件对桥洞处的流场进行仿真模拟,并制作模型进行桥洞处风力发电的模拟实验,并从理论上研究了压电薄膜产生电荷与尺寸、压力及压电系数的关系,利用电荷放大器检测压电膜输出的电压信号,进一步验证大桥风力-压电混合发电装置的可行性。     

热超声键合压电换能器的动力学特性

基于有限元方法和试验测试,研究了芯片封装用压电超声换能器的动力学特忡。借助ANSYS压电耦合和非线性接触分析功能,对换能器自由和约束状态下的振动特性进行了分析。探讨了超声能量在空间域、时域和频域的传递规律。由模态分析得到换能器的振动形式,通过谐响应分析提取其在正弦电压激励下的振动信息,经瞬态分析获得换能器的瞬态响应。结果表明,螺栓径向尺寸和预紧力影响换能器的模态分布和动态特性,压电晶堆加载电压的频率影响超声能量传递特性。通过键合试验考察了焊点质量与螺栓径向尺寸的关系。分析和试验结果为换能器设计和键合工艺优化提供了指导。