机械/磁双能收集器磁-力-电行为的有限元分析模型

设计了基于机械能、磁能与电能转换原理的机械/磁双能收集器,利用悬臂梁结构的一阶和二阶共振模态,实现了同时收集环境中不同频率的机械能和磁能.为有效收集机械振动能和磁能,利用悬臂梁结构的一阶共振模态收集机械能,二阶共振模态收集磁能,可充分提高能量收集器的收集效率.结果表明,机械/磁双能收集器可同时有效收集机械能和磁能,同时收集时计算所得开路电压等于两种能量分别收集时电压的叠加,而功率大于两种能量分别收集时的叠加.     

基于悬臂梁结构的压电能量收集器的机电转化效率分析

分析钢球和压电悬臂梁之间的碰撞过程,通过压电振子等效电路模型计算与实验数据分析,研究基于PMNT与PZT两种不同材料的悬臂梁压电能量收集器的输入机械冲击能量和输出电能之间的关系,分析各自机电转换效率受机电耦合系数的影响规律,采用钢球下落撞击悬臂梁结构压电振子的方式实现机械能到电能的转换.     

应变模态法在悬臂梁结构损伤监测诊断中的应用

工程实际中各种结构的应变模态对于结构的微小损伤具有高度敏感性,依据这一特点及应变模态振型的变化,便于及时监测、诊断结构的损伤程度及损伤位置,以保证结构的可靠性及安全性.从理论和实验的角度探讨了应变模态的原理和参数识别方法,并通过实验对悬臂梁进行应变模态参数识别,获得了悬臂梁多阶应变模态的振型图.根据悬臂梁的振型变化,判断出结构微小损伤的具体位置,并由此验证结果将应变模态法应用于工程实际并对各种结构损伤进行监测诊断的可行性.     

在非黏性流体域中微悬臂梁振动的建模与仿真

借用欧拉-伯努利梁理论推导并计算出微悬臂梁在真空中的共振频率，根据非黏性理论经典模型分别计算出微悬臂梁在不同密度的流体中的共振频率.然后在有限元软件ANSYS(16.0)仿真环境下，采用solid45-fluid30和shell63-fluid30两种单元组合建立微悬臂梁在流体域中的三维模型并进行模态分析.最后将仿真结果与相关研究者已发表的实验与理论数据进行对比，在此基础上通过实验来验证新型有限元模型的正确性.通过有限元和实验的方法进一步验证了非黏性流体的密度是影响微悬臂梁共振频率变化的主要因素.     

基于实验模态的结构应变模态分析

从位移模态出发详细推导了应变模态的表达式 ;以悬臂梁模型为例 ,进行了位移模态与应变模态实验分析 ,并与有限元计算结果进行比较 ,验证了三者识别的模态参数基本一致 ,而且应变模态分析方法可以确定结构应变最大点和共振疲劳危险点 .     

一种获取结构实模态振型的方法

为获取结构真实而精确的实模态振型,提出将复振型向量构建的特征方程应用于基于参考点的数据驱动子空间方法中进行结构模态参数识别的方法.为验证该方法识别结构模态参数的可行性和精确性,对一矩形截面悬臂梁端部突加一集中荷载,进行有限元时程分析,得到梁上一系列节点的加速度响应数据,进而利用提出方法识别了悬臂梁的频率、实模态振型及阻尼比.识别结果与悬臂梁模态参数的理论值吻合较好,表明利用复振型向量构建的特征方程结合基于参考点的数据驱动子空间方法进行结构模态参数识别是可行和精确的,该方法可以得到结构可靠的实模态振型.     

基于压电薄膜材料PVDF的能量采集结构研究

为了提高基于PVDF压电材料的能量采集效率,利用COMSOL Multiphysics有限元分析软件对双晶压电悬臂梁进行研究。首先,对悬臂梁结构的压电振子进行了稳态分析、模态分析和谐响应分析,同时对4种不同基板材料压电振子电压输出特性做了研究比较;其次,对悬臂梁压电振子结构进行了优化设计。对其形状的研究表明:矩形悬臂梁的输出电压最高;随着悬臂梁的长宽比增加,其输出电压逐渐增大;在压电材料面积固定时,增加长度、减小宽度都能提高输出电压,为设计最佳的能量采集器提供理论依据。     

对结构多位置损伤定位分析方法的探讨

从理论上计算了几种多位置损伤检测方法对结构刚度的敏感度,选用工程上常见的矩形等截面悬臂梁,通过实验模态,对粱损伤引起的模态频率迁移进行了分析,从实验角度对这几种方法的敏感性和有效性进行了比较,并就它们在实际应用中的不足之处进行了讨论。实验结果表明,基于应变模态的损伤指标对承弯结构的损伤更敏感。     

基于模态能量的随机子空间虚假模态剔除

针对基于协方差驱动随机子空间辨识法虚假模态影响识别结果的问题,提出了一种基于模态能量的虚假模态剔除方法.利用输出矩阵、状态矩阵的特征值与特征向量以及状态-输出协方差矩阵计算出识别结果中各阶模态分量的模态能量,对各假设模型阶数下计算出来的能量进行排序,保留能量最大的前j个模态用于绘制出稳定图,剩下的模态视作为虚假模态予以剔除.通过对3自由度的线性时不变系统和重庆朝天门长江大桥模型进行辨识,验证了该方法的有效性.     

热镀锌线沉没辊装置振动分析与结构优化

为抑制锌液中沉没辊装置的振动,提出了基于湿模态的结构优化方法,进行在线振动实验,建立了湿模态液固耦合理论分析模型.结合实验及湿模态计算结果,确定待优化阶次的固有频率及其关键尺寸.根据生产工艺条件及悬臂灵敏度分析结果,确定辊筒壁厚和悬臂厚度为设计变量,设定固有频率的目标范围,建立了优化设计模型.结果表明:相对原始方案,获得的最优方案各阶湿模态固有频率均避开了实验得到的主振频率;根据固有频率与设计变量的关系,还得到了辊筒壁厚服役范围为50~57mm.