水热合成无铅压电陶瓷粉体

简述了水热法在国内外的发展现状,重点介绍了目前水热法制备BaTiO3、(K1-xNax)NbO3、Na0.5Bi0.5-TiO3以及Bi4Ti3O12等4种无铅压电陶瓷粉体的工艺过程,及其在制备4种粉体过程中对粉体尺寸、形貌的控制和独特的优势,同时简要评述了近年来微波水热法制备无铅压电陶瓷粉体的新工艺进展,指出水热法在制备无铅压电陶瓷方面具有一定的优势,可以制备出纯度和结晶性高、颗粒分布均匀、尺寸和形貌可控的高性能简单化合物无铅压电陶瓷粉体。下一步研究的重点和难点为合成组分可控的复杂化合物,为真正实现压电陶瓷和器件的无铅化革命作贡献。     

基于正逆压电效应的高能效振动半主动控制方法

基于同步开关阻尼（Synchronous Switch Damping,SSD）技术的压电振动半主动控制方法主要利用控制电 路中的同步开关和等效LC振荡电路,实现压电电压的同步翻转,使得压电驱动力始终和结构振动速度同相位, 用较低的能耗高效地抑制结构振动。然而常见的压电驱动元件如压电叠堆、压电纤维复合材料等,其允许工作 电压变化范围是不对称的,采用对称翻转的SSD技术难以充分利用压电元件的机电转化性能。提出了一种基于 双向压电效应的SSD技术,通过对压电电压上翻时注能、下翻时吸能的操作,最大化控制系统能效,并充分匹配 压电元件的机电转化潜能。介绍了所提SSD方法的工作原理,推导了非对称翻转条件下结构的振动衰减模型, 实现了非对称翻转SSD控制电路,并通过实验进行了验证。研究结果表明,所提SSD方法可以通过控制注能开 关占空比及吸能电路等效负载自适应地调节压电电压的上、下翻转因子,最终实现高能效的结构振动衰减 效果。     

基于神经网络的压电自感知主动控制仿真试验

由于传统的自感知电桥电路难以有效地实现自感知执行器传感与执行之间的信号分离,因此,提出了一种采用神经网络分离出压电自感知执行器传感信号的新方法,用神经网络直接估算结构的振动速度来得到振动控制时控制器的反馈信号.将嵌入在复合材料悬臂梁中的压电陶瓷片作为自感知执行器,采用基于Filter-X LMS算法的自适应滤波控制器对悬臂梁的振动进行主动控制.结果表明神经网络估算得到的振动速度和用传感器直接测得的完全吻合,将神经网络的输出作为控制器的反馈信号可以取得理想的减振效果.     

基于含金属芯压电纤维与Lamb波的一维结构损伤定位研究

含金属芯压电纤维(Metal-core Piezoelectric Ceramic Fiber,MPF)是一种新型压电功能器件.介绍了MPF的结构及其对圆形压电片激励Lamb波的传感响应模型.利用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟的原理,把MPF传感单一模式Lamb波在一维结构中进行了损伤定位研究.研究结果表明:MPF可以进行Lamb波的单一模式传感,采用Gabor小波变换计算损伤反射信号到达时间延迟效果较好,损伤定位精度较高.     

铂-全氟磺酸复合材料的传感性能

为研究铂-全氟磺酸(Pt-PFSA)复合材料的传感特性,首先,测试了在阶跃激励和正弦激励下,Pt-PFSA复合材料的响应输出电压;然后,采用化学镀方法,将铂原子沉积在由Nafion溶液制备的0.4mm厚的Nafion阳离子交换膜的两个表面上;最后,考察了含水量对Pt-PFSA复合材料输出电压的影响,预测了正弦激励下PtPFSA复合材料的传感性能,进行了不同频率的正弦激励实验。结果表明:采取保湿措施后,含水量变化导致的输出电压降低幅度低于5%;在阶跃激励信号下,当Pt-PFSA复合材料的应变为0.1%时,输出电压具有时延;给出了Pt-PFSA复合材料的灵敏系数表达式,当正弦激励信号频率为5.9Hz时,复合材料的灵敏系数为3.555 8mV/0.2%,得到的实验结果与预测吻合较好。研究为Pt-PFSA复合材料传感性能模型的建立奠定了基础。     

基于压电智能结构状态估计误差补偿的自抗扰振动控制

压电智能结构的模型难以精确建立,且存在外界环境激励干扰和内部参数不确定等问题,从而影响闭环结构的振动控制性能。基于此,将结构的内部干扰和外界激励的影响归结为系统的集总干扰,并利用扩张状态观测器(Extended state observer,ESO)设计不依赖于模型的自抗扰振动控制器。然而当外界扰动激励变化时,扩张状态观测器对扰动和各阶状态的估计不可避免存在偏差,难以保证振动控制的效果。为克服二阶自抗扰策略在振动主动控制中的不足,提出一种基于压电智能板结构的状态估计误差补偿自抗扰振动控制方案。利用状态观测误差信息,对二阶自抗扰控制器进行补偿,从而减小ESO对扰动和各阶状态估计的压力,提高振动控制效果。利用dSPACE实时仿真系统,搭建四面固支压电智能板结构的振动主动试验平台。四种干扰激励的试验结果验证该方法的有效性、实用性和强抗干扰能力。     

《智能材料与结构技术》专题文章导读：半电极含金属芯压电纤维的驱动性能

建立了悬臂梁结构半电极含金属芯压电纤维新型压电弯曲驱动器的理论模型。根据第一类压电方程,推导出自由端位移、夹持力和弯曲共振频率的解析表达式,分析了金属芯性能和半径对这3个参数的影响,并把理论计算结果和有限元分析结果进行了比较。实验结果表明,悬臂梁结构半电极含金属芯压电纤维弯曲驱动器的自由端位移可达589um,央持力可达427uN,一阶弯曲共振频率为28Hz,有限元分析结果和理论值基本吻合,说明这种驱动器有较大的端部位移、较小的夹持力和较低的弯曲共振频率。     

半电极含金属芯压电纤维的驱动性能

建立了悬臂梁结构半电极含金属芯压电纤维新型压电弯曲驱动器的理论模型.根据第一类压电方程,推导出自由端位移、夹持力和弯曲共振频率的解析表达式,分析了金属芯性能和半径对这3个参数的影响,并把理论计算结果和有限元分析结果进行了比较.实验结果表明,悬臂梁结构半电极含金属芯压电纤维弯曲驱动器的自由端位移可达589 μm,夹持力可达427 μN,一阶弯曲共振频率为28 Hz,有限元分析结果和理论值基本吻合,说明这种驱动器有较大的端部位移、较小的夹持力和较低的弯曲共振频率.     

声学黑洞原理的双层加筋板⁃腔系统降噪研究EI北大核心CSCD

双层加筋板在现代交通运输工具中被广泛应用,这类结构的声振抑制问题一直是难点。声学黑洞(ABH:Acoustic BlackHole)作为一种新型的波操纵技术,为结构振动噪声控制提供了新思路。提出将ABH应用于双层加筋板中,开发有良好机械特性,特别是能实现减振降噪的结构。设计含有ABH的双层加筋板⁃腔系统,搭建实验平台并在点载荷激励下进行效果测试。结果表明截止频率以上腔体的宽频噪声可降低1.5~8 dB。基于有限元方法建立耦合数值模型,多角度量化了系统的动力学特性,分析揭示了ABH在腔室降噪中具有增加系统阻尼和降低内壁板和声腔的耦合强度的双重物理机制。针对降噪效果欠佳的低频段,提供优化设计方案,拓宽有效频率,实现了全频带的控制。进一步验证了复杂载荷作用下ABH双层加筋板⁃腔声振系统的减噪普适性。