直线式压电振动给料器的动力学分析

阐述了PZT系压电陶瓷材料的特性,讨论了直线式压电振动给料器所用的压电振子,并对压电振子的类型进行了选择.建立了直线式压电振动给料器的振动模型,通过对物料在料盘上的受力情况进行分析,得出给料器的频率表达式.再通过样机测试,得到其共振频率为91 Hz,再通过试验得到频率与给料速度的特性曲线.试验结果表明,当电压为220 V,频率为91 Hz,输送物料速度为35 mm/s;频率为60~140 Hz之间时,系统具有输送物料的能力,共振条件下(91 Hz)输送速度最快.     

一种内贴片式压电泵的结构设计与理论分析

针对无阀压电泵的输出压力小的问题,提出了一种内贴片式无阀压电泵.压电泵采用螺纹配合结构,由压电振子和螺杆组成,其中压电振予包括金属基体和压电陶瓷片.压电振子通过交流电信号形成旋转弯曲运动,与外部衬套配合形成可移动空腔运输液体.首先进行了模态理论分析,构建了水环境下的流固耦合运动方程.接着利用有限元软件对压电振子进行了模态分析.结合频率一致性和相邻干扰模态设计要求,对压电振子的结构参数进行优选.对压电振子的湿模态进行了仿真分析.结果 表明:与空气条件下相比,水环境下的振动频率较低,下降了343.7 Hz和326.4 Hz,并且频率一致性更差,这为后续压电泵研究分析打下了基础.     

高速铁路减振双块式无砟轨道的减振性能

为研究高速铁路减振双块式无砟轨道的减振性能,建立减振双块式无砟轨道计算模型,采用有限元功率流法计算轨道结构的功率流,并分析功率流在轨道结构中的竖向传递特性以及扣件和减振垫参数对结构功率流的影响。研究结果表明:轨道结构功率流峰值与轨道结构的模态振型有关,在轨道结构固有频率处达到峰值;当频率为200~1 200 Hz时,扣件最大程度地减少钢轨传递给道床板的功率流,从而达到最佳的减振效果;当频率为1~10 Hz时,减振垫的减振作用相对较弱;当频率为1~200 Hz时,降低减振垫刚度有利于减小振动;当频率为200~1 200 Hz时,减振垫对支承层的减振作用显著,在1 200 Hz处功率流最大减幅为14%;当频率为3~2 000 Hz时,设置减振垫后道床板的功率流反而有所增加,当频率为60~100 Hz时,增幅最大;随着减振垫刚度增加,减振垫开始起减振作用的频率增加。     

热汽泡驱动无阀微泵流动特性分析

基于热汽泡生长和冷凝为微泵提供泵送压力源以及扩张管/收缩管流动阻力特性不同而实现差量流动的原理,对不同加热时间比例、驱动频率以及不同扩张角度及功率下热汽泡驱动无阀微泵流动特性进行了研究.蒸发和凝结过程通过流体体积函数(VOF)两相流模型及用户自定义函数(UDF)接口实现.结果表明:相同加热时间比例下,随着驱动频率增加,微泵泵送流量呈先增加后降低趋势;加热时间比例为10％,驱动频率为250 Hz时泵送流量达到最大值5.87 μL/min;在保持微泵扩张管/收缩管长宽比不变的情况下,泵送流量随扩张角也有先增后减的趋势,并在扩张角为14°时泵送流量达到最大,扩张管/收缩管压差也较大;在整个驱动周期内扩张管方向颈部平均流速总是大于收缩管方向颈部平均流速;泵送流量随加热功率增加呈先增加后趋于平缓的趋势.     

螺旋式压电振动给料器的模型建立与实验研究

阐述了压电材料的选择、压电双晶片的特性,讨论了螺旋式压电振动给料器所用的压电振子,并对压电振子的振动模式进行了选择.建立了螺旋式压电振动给料器的振动模型,通过对物料在料盘上的受力情况进行分析,得出给料器的频率表达式.再通过样机测试,得到其共振频率为224.609 Hz,再通过试验得到频率与输送速度的特性曲线.试验结果表明,当电压为200 V,频率为220 Hz左右时,输送物料速度为83个/30 s;频率为160~280 Hz之间时,系统具有输送物料的能力,共振条件下(224.609 Hz)输送速度最快.     

基于有限元理论具有自主清洁功能家用空调的模态分析

根据所设计的具有自清洁功能等的家用空调,分析其模态,确定所设计结构的可靠性,本文以PROE建模,并结合有限元软件对所设计的空调自清洁机构的滤网刷的前5阶模态振型进行分析,分析后结果显示1阶振型为滤网刷在水平面内围绕轴线扭转振动,频率为0．55834 Hz;2阶、3阶、4阶、5阶的振型与第1阶类似,且频率分别为1．1095Hz,1．1107Hz,2．2519Hz,2．2544Hz,滤网刷的旋转频率设定为0．5Hz,其第1阶固有频率为0．55834Hz,这就加大了滤网刷的振幅,在滤网刷工作时是利用偏心轮对滤网刷的偏心作用清洁空调滤网上的灰尘,当达到共振振幅最大时,清理效果最好。为自清洁空调的设计研发提供理论支持。     

多悬臂梁压电振子频率分析及发电实验研究

为了提高悬臂梁压电振子的发电能力,设计并制作了多悬臂梁压电振子,采用有限元方法对多悬臂梁压电振子的有效工作频率进行了仿真分析,并且进行了实验验证.在此基础上,对多悬臂梁压电发电装置进行了压电发电实验测试.研究结果表明,多悬臂梁压电振子工作的谐振频率范围为56~65 Hz,与实验结果基本吻合.相比于单悬臂梁压电振子,多悬臂梁压电振子能有效地拓宽其谐振频带并提高压电发电能力.当多悬臂梁压电振子外接负载为820Ω、工作频率为60 Hz时,多悬臂梁压电发电装置的最大输出功率达到4.9 mW,产生的能量能够满足网络传感器等低耗能电子产品的供能需求.     

基于数字锁相环控制的硅微陀螺仪驱动模态分析与实验

为了有效控制硅微陀螺仪的驱动模态,采用基于数字锁相环的相位控制方案对驱动信号振动频率进行跟踪控制.首先,分析了硅微陀螺仪驱动模态的特点,提出了一种数字锁相环控制驱动信号频率的方法;其次,阐述了基于锁相环的硅微陀螺仪驱动模态闭环控制原理,并分析了锁相环频率控制的稳定性;然后,对锁相环控制的驱动模态频率变化和跟踪情况进行了仿真,验证了驱动频率动态跟踪特性;最后,设计了一种基于锁相环的FPGA数字电路控制方案,并制作成实际电路,同时,对硅微陀螺仪驱动模态的开环谐振频率驱动和闭环频率驱动进行了对比实验.结果表明,当温度在-40～60℃内变化时,该控制方案能够保证驱动频率时刻跟踪驱动模态谐振频率的变化,且跟踪相对误差为2.5×10-5.     

XMQ6182G型客车低频轰鸣声仿真分析与抑制

为了解决XMQ6182G型客车在30~80 km·h^-1匀速行驶时驾驶位存在低频轰鸣声的问题,开展实车噪声和振动测试,发现驾驶位噪声频率约为14.0 Hz时,出现驾驶位噪声声压级峰值.经对比分析和测试,确定轰鸣声主要来自路面激励,并构建车身结构和车内空腔的有限元模型,进行模态分析.结果表明:驾驶位低频轰鸣声是由车身第3阶结构模态与车内空腔第1阶声学模态的强耦合引起的;改进客车顶盖结构后,驾驶位噪声声压级最大降幅为4.7 dB(A).     

无阀压电泵驱动的集成式微混合器

设计了一种无阀压电泵驱动的集成式微混合器,其中无阀压电泵采用三棱柱阻变高度流道式结构。利用等效电路模型研究了无阀泵的流动特性,并应用Fluent软件对无阀泵及Y型微流道进行了系统仿真分析,确定了无阀泵和Y型微流道的结构参数,并优选出了系统控制参数。在实验室内制作了微混合器样机,并进行了脉动和混合效果实验,结果表明:当入口流量为0.7 mL/min、脉动频率为100Hz时,流道内脉动效果明显,由此验证了该微混合器具备良好的工作性能。此项研究可为无阀压电泵在微流控领域的应用提供借鉴。     

热驱动薄膜式微型泵

微型泵在化学分析、环境监测和药物传送等领域有广阔应用前景。为了解热驱动薄膜式微型泵的性能 ,对泵的主要部件进行了理论分析 ,然后对泵的整体性能进行了数值模拟。得到了微型泵的频率特性 ,流量 -压头曲线及流量随功率的变化。发现泵的流量在 3 .3 3 Hz左右达到最大 ,泵的零流量压头为 64 k Pa左右 ;由于预应力的作用 ,使输入功率低时泵的流量比没有预应力时显著减小 ,而当输入功率较大时 ,泵的流量随输入功率增大而迅速增大。实验测定了微型泵流量的频率特性和随功率的变化 ,实测结果与模拟结果基本吻合     

基于电渗驱动的聚二甲基硅氧烷薄膜微泵

设计了一种电渗驱动聚二甲基硅氧烷(polydimethyl siloxane,PDMS)薄膜式微泵,建立了该泵在理想情况下的数学模型。在实验室中设计并制作了样机,并在输入电压30 V、输入频率1.4 Hz时,得到最大的输出流量为133 μL/min(选用纯净水为测试液体)。为得到高性能的输出,通过实验找到一个占空比为30%的控制信号。通过一系列系统实验进一步验证:电渗驱动PDMS薄膜式微泵性能稳定、输出流量易于精确控制、不受输送药剂特性限制,适用于生化分析领域。     

用于超声手术刀的夹心式换能器设计与有限元分析

传统的换能器设计方法成本高、效率低。利用理论计算并结合有限元方法设计了55 000 Hz的超声手术刀用压电换能器,以提高设计效率并验证方法的可行性。超声换能器设计为夹心式结构,使用PZT-8型压电陶瓷进行设计与仿真。首先理论设计出换能器各部件的初始尺寸并进行三维建模,将模型导入Workbench软件进行模态分析与谐响应分析,提取换能器工作时的谐振频率与输出振幅,并确定换能器最终尺寸。根据最终尺寸加工并装配得到实体换能器。最后利用阻抗分析仪对实体的谐振频率进行测量。结果表明,简化后的仿真模型谐振频率与实测值近似相等,为54 980 Hz。证明了设计思路的合理性与可行性,并对换能器的工作方式与优化设计提供了参考帮助。     

Experimental investigation on phase transformation type micropump

The phase transformation type micropump without moving parts was experimentally studied in this note.To analyze the pumping mechanism of the micropump, a simplified physical model was presented. The experimental results indicate that the pump characteristic is mainly dependent on the heating and cooling conditions. For a given system, there exist an optimal combination of heating current and switch time with which the flow rate reaches maximum. Comparing with the natural cooling, the forced convective cooling needs larger heating current to obtain the same flow rate. In our experiments, the maximum flow rate is 33 μL/min when the inner diameter of the micropump is 200 μm, and the maximum pumping pressure reaches over 20 kPa. The theoretical analysis shows that the pumping mechanism of the micropump mainly lies in the large density difference between liquid and gas phases and the effect of gas chocking.     

压电换能器锁相环频率跟踪的失效分析与解决

为提高碳纤维复合材料超声振动钻孔过程中压电换能器频率跟踪的精度及可靠性,以压电换能器等效电路为基础,分析了目前锁相环频率跟踪系统存在的失锁、误跟踪、死锁和跟踪误差大等4种失效形式的原因,指出抵消静态电容是解决跟踪失效的必由之路.据此提出一种基于静态电容补偿法的锁相环频率跟踪技术,该技术可使换能器对锁相环呈现理想的LCR串联谐振特性,有效解决了跟踪失效问题.实验表明:通过该技术,换能器机械谐振频率的跟踪精度可优于-20~10Hz,避免了误跟踪和死锁,跟踪带宽可达6 kHz.     

冲击加载对爆电换能器电输出特性的影响

为阐明自供能装置中以压电陶瓷为核心装置的动态响应特征,通过模拟自供能技术中爆电换能器冲击压电陶瓷的真实工况,揭示了冲击应力对压电陶瓷电输出特性的影响.利用霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)作为冲击装置,通过改变子弹的冲击速度进行冲击PZT-5压电陶瓷实验.同时利用有限元分析软件进行冲击压电陶瓷的有限元分析,将实验结果与仿真结果进行对比.结果表明:实验结果与仿真结果基本吻合,冲击速度在7～31.3 m/s时,通过改变爆电换能器的冲击速度可以改变爆电换能器的输出电压峰值,并且爆电换能器中的压电陶瓷受到的冲击应力峰值与压电陶瓷产生的电压峰值呈正相关.     

空调系统并联变频水泵台数在线优化配置方法

参考并联变频水泵特性模型,运用极值分析法提出了并联变频水泵台数在线优化配置方法,通过连续监测并联水泵总流量与扬程在线决策当前水力工况下的最佳水泵运行台数.采用变压差设定值控制策略的变流量空调系统中并联变频水泵的控制仿真表明,较单泵运行与双泵运行策略,该方法可分别获得18.8%与4.1%的水泵节电量.     

脉动燃烧器及其尾管传热分析

开发研制了Helmholtz型膜片阀式脉动燃烧器及其实验数据采集系统,脉动燃烧器的功率为25KW,以液化石油气为燃料,其工作频率从60-105Hz可调,研究了脉动燃烧器燃烧室内压力及其尾管传热特性,结果表明,脉动流传热系数是非脉动流传热系数的2.5-3.2倍。