铜 压电陶瓷复合型悬臂压电振子发电性能分析

利用压电振子采集环境振动能量为低功耗电子产品供能是近年来研究的热点,而压电振子的振动发电能力与其几何形状有关。该文针对悬臂梁压电振子,利用ANSYS软件仿真分析了其自由端尺寸的改变对压电振子的输出电压及固有频率的影响。结果表明,在相同条件下,存在一定的自由端尺寸使压电振子采集环境中低频振动的能量最大。     

不同形状压电振子的振动发电行为研究

利用压电振子将环境振动能量转化为电能是无线传感器自供电领域的一个研究热点,而压电振子的几何形状是影响其振动发电的重要因素之一.该文针对矩形、梯形、三角形3种形状的压电振子,首先从理论上推导了它们的应变表达式,然后对3种压电振子分别进行了有限元建模和静力学仿真分析,最后进行了实验验证.仿真和实验结果表明,在相同条件下,三角形压电振子明显改善了应变分布,产生的电压最大,梯形压电振子次之,而矩形压电振子最小,可用于指导实际中压电振子结构形状的优化设计.     

压电膜叠层对微型压电传声器性能的影响

对比分析了在微型传声器中采用4种不同的叠层方法来提高压电传声器灵敏度的效果。证实了在微型传声器中,采用直接压合或用导电胶粘接多张压电膜串联的叠层方式无效果。采用导电环连接的方式进行微型压电传声器中的叠层,叠层后压电传声器的灵敏度提高约6dB。实验表明,采用薄导电环连接的叠层压电传声器性能比采用厚导电环连接的叠层压电传声器性能更稳定,频响曲线更平整。     

压电陶瓷振子中的损耗及其对振子特性的影响

分析了压电材料中的损耗现象,并用复数表示有损压电振子的各种参数。文章从压电振子的阻抗（或导纳）方程出发,详细分析了纵效应振动及横效应振动模式振子的谐振（或反谐振）频率、频率偏移量与损耗大小、机电耦合系数大小的关系。     

圆环形压电振子疲劳仿真分析与实验研究

压电振子作为压电驱动机构的核心部件,其工作状态和疲劳强度直接决定系统的工作性能和使用寿命。该文利用ANSYS软件对圆环形压电振子进行疲劳仿真分析,得到振动模态云图和最大受力点。研究不同结构尺寸参数对压电振子疲劳寿命影响,并进行双晶片与单晶片压电振子相关数据对比。结果表明,金属材料65Mn的抗疲劳性能最好,减小振子直径或增加振子厚度能较好提高其疲劳寿命,而施加电压幅值过高会降低振子的使用寿命,双晶片压电振子的疲劳寿命比单晶片压电振子疲劳寿命长。对圆环形压电振子进行了疲劳寿命实验,研究表明,选取的此批振子完全能达到使用要求。     

矩形板压电振子振动有限元分析

利用有限元法，对具有四个凸起的矩形板压电振子的振动状态进行了解析计算，并根据其振动特点，重新选择结构参数制作了超声矩形板马达，结果大大提高了这种马达的转速和效率等性能。     

预压力对压电叠层作动器性能的影响

由于压电叠层作动器只能承受压力，为了保证压电智能主动杆能够承受一定的拉力，设计了预压装置。为了考察压电叠层作动器在受压情况下的工作性能，设计了压电叠层作动器的受压性能实验。实验结果表明，在一定的压力作用下，输出位移增加，迟滞度减小。分析认为，在压力作用下压电陶瓷晶体结构发生变化，对逆压电效应产生影响，在电场作用下导致输出位移增大和迟滞度减小。     

滚磨工艺对压电陶瓷振子性能的影响

介绍行星式滚磨工艺在压电陶瓷频率元件制造过程的应用,对压电陶瓷振子的频率具有调整作用。在给出不同滚磨试验条件下得到不同的滚磨结果。结果分析得出滚磨工艺影响压电陶瓷振子性能的关键因素,确定了滚磨条件。压电陶瓷频率元件产品的主要指标——振子频率控制精度要求越来越高,通过行星式滚磨机的滚磨加工,实现频率精细调整的目的。     

压电叠层作动器机电性能实验分析

对压电叠层作动器的机电性能进行了实验测试与分析。主要测量了重复精度、稳定性、不同负载的位移输出、迟滞度、刚度特性等参数,为确定作动器在主动杆中的最优预载荷等提供参考数据。实验结果证实了作动器的重复精度为±0.5μm,最大漂移量为0.1μm,机电特性与外加负载有很大关系:一定压应力下的压电作动器输出位移增大,位移输出迟滞度会有一定程度的改善;弹性模量随应力和驱动电压的增大而逐渐增大,但电压升至一定程度时将基本趋于稳定。     

高温银浆中超细银粉的形态对压电陶瓷振子电性能的影响

通过对高温银浆中超细银粉的形态分布对压电陶瓷振子电性能影响的研究,得到了超细球形银粉和片状银粉的相对比例与振子的一些电性能参数的变化曲线,实验结果表明在制备银浆时,可采用在球形银粉中加入适量片状银粉的方法来提高振子的电性能。     

电极层对压电微悬臂梁动态性能的影响

采用解析方法就电极层对压电微悬臂梁动态性能的影响进行了研究,并得出结论:当弹性层、压电层与电极层的厚度比值较大时,可忽略电极层对压电悬臂梁横向位移及谐振频率的影响。当各层的厚度都在微纳米量级时,电极层的影响不容忽视;同时,微纳尺度下该解析方法的适用性还有待进一步研究。这些对微纳尺度下压电悬臂梁的设计及应用都有一定的指导作用。     

基于ADINA的PZT压电陶瓷有限元分析

压电陶瓷器件因边界条件和应力状况的复杂性而导致传统试验手段对其研究具有一定的局限性,该文针对这一特点,根据压电体结构场和电场的耦合性建立了与试验结果相一致的压电陶瓷有限元模型,利用大型有限元分析软件ADINA经过建立几何模型,定义边界条件,定义材料和耦合计算等步骤系统的分析了典型PZT压电陶瓷在电压作用下的变形问题,证实了模拟结果与真实试验结果的一致性,为实现对压电陶瓷形状和振动的控制奠定基础.     

基于ANSYS的工形压电发电装置有限元分析

针对目前悬臂梁压电发电装置的局限性,设计了一种工形的压电发电装置。运用ANSYS有限元软件建立了工形压电发电装置的有限元模型,并进行了静力分析及模态分析。分析结果表明,该工形压电发电装置的最大应变出现在每个转角折弯处,且每个转角折弯处的应变基本一致。根据压电方程可知,该处将产生最大的发电电压,所以在此粘贴压电片将具有最佳的发电能力。通过建立发电装置的压电耦合分析模型,计算得到在0.1mm的位移载荷作用下,每片压电片上将产生约15.1V的电压。最后,对该工形压电发电装置进行了参数化研究,结果表明,当选择长80 mm、宽15 mm、厚0.4 mm的压电工形板时,发电效果最佳,最大发电电压可达16.5V。     

不同铅气氛对0.2PZN-0.8PZT压电陶瓷性能的影响

采用二次合成法制备了掺锰三元系压电陶瓷0．2PZN-0．8PZT，系统研究了铅气氛和非铅气氛条件对陶瓷显微组织，介电性能及压电性能的影响规律并探讨了铅气氛的作用机制。实验结果表明，加铅气氛保护的试样在研究的烧结温度范围内(1050～1200℃)具有良好的微观形貌，晶粒大小均匀、致密，综合压电性能优于未加铅气氛保护烧结的试样。     

PT种子层对PZT薄膜结晶及压电性能的影响

采用溶胶-凝胶法(Sol-Gel)在Pt/Si衬底上制备了PbTiO3 (PT)薄膜和Pb (Zrx,Ti1-x)O3(PZT)薄膜,研究了退火温度以及PT种子层对PZT薄膜结晶及压电性能的影响。X射线衍射(XRD)结果表明,制备的PZT薄膜为纯钙钛矿结构的多晶薄膜,有PT种子层的PZT薄膜晶粒尺寸更大,(110)面取向度更高,结晶性能更好;原子力显微镜(AFM)结果表明,制备的薄膜表面形貌比较平整、均匀、无裂纹;压电力显微镜(PFM)结果表明,压电力显微镜(PFM)结果表明,有PT种子层时,PZT薄膜的平均压电系数d33为128～237 pm/V,无PT种子层时平均压电系数d33为21～29 pm/V。在升温速率为10 ℃/s的退火条件下保温10 min时,随着退火温度的升高,PZT薄膜晶粒尺寸增大,粗糙度增大,(110)面取向度升高,平均压电系数d33增大。PT种子层能够有效的改善PZT薄膜的结晶性能和压电性能。     

基于Si弹性层优化的悬臂梁式微压电驱动器

基于压电材料的逆压电效应,设计并制备了悬臂梁式微压电驱动器,通过电能到机械能的转换,完成装置的位移输出任务.基于悬臂梁式微压电驱动器的设计和仿真,得出该微驱动器Si弹性层的最佳厚度为0.12 mm,仿真结果显示压电层与弹性层厚度比为2～3时,尖端位移输出较大,并模拟了其电压-位移输出情况.采用共晶键合的工艺制备了以PZ...     

基于ANSYS的压电陶瓷晶片PZT仿真分析

电力支柱瓷绝缘子超声波检测对预防和检测绝缘子裂纹和断裂起到重要作用,换能器是超声波检测的基础元件,而换能器的核心部件是压电陶瓷晶片,其性能直接影响到检测结果。该文研究针对有限元法和传统解析法在压电陶瓷晶片特性分析中的不足,采用ANSYS有限元分析软件对压电陶瓷锆钛酸铝(PZT)晶片进行特性分析,基于ANSYS的电-结构耦合场模型,对超声波换能器的矩形压电晶片进行静态、模态、谐响应和瞬态分析。通过模态分析和谐响应分析可得到晶片的一阶纵向振动和二阶弯曲振动的固有频率、振型及频率位移响应及影响因素等信息,研究结果对提高超声辐射功率及超声换能器的性能有一定的理论指导和工程应用价值。     

悬臂梁能量回收装置压电片位置与尺寸优化研究

研究了悬臂梁式压电振动能量回收装置压电片贴片位置和尺寸优化问题。首先分析推导出了应变方程、开路电压方程和压电能量方程,然后提出了运用开路电压和压电能量方程得到压电片的最优贴片位置和最优尺寸的优化方法,最后运用提出的优化方法通过理论计算得到了一、二阶模态下压电片最优贴片位置及最优尺寸,并运用abaqus软件进行了仿真分析。结果表明,理论计算与仿真分析结果基本吻合,一、二阶模态下压电片最优位置分别为梁的根部和中部,最优尺寸均约为梁长的一半。说明提出的压电片位置和尺寸优化方法是正确有效的。     

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。