基于FEM的水泥基压电复合材料的性能分析

建立了1-3型水泥基压电复合材料的有限元模型,并对其进行了静力分析、模态分析和瞬态动力学分析。得到了水泥基压电复合材料的内部应力应变分布、水泥基体对复合材料压电性能的影响、复合材料的厚度振动模态和在动态载荷下的响应情况。发现水泥基压电复合材料产生的驱动应变和节点应力都集中在压电陶瓷柱上,高泊松比和低弹性模量的水泥基体能够增加复合材料的压电性能;低频下水泥基压电复合材料的振动特性与压电陶瓷相同,且对外部的动态激励有着良好的线性响应。     

CFRS机敏复合材料压敏性能的研究

以硫铝酸盐水泥为基体，采用压制成形方法制备了碳纤维硫铝酸盐水泥机敏复合材料，同时采用掺入少量粉煤灰和硝酸氧化碳纤维的方法研究其对复合材料压敏性能的影响。单调载荷和循环载荷实验表明：碳纤维硫铝酸盐水泥基复合材料具有良好的机敏性能；5％粉煤灰的加入提高了复合材料的机敏性能，却降低了材料的断裂强度；硝酸氧化碳纤维降低了材料的机敏性能，同时也降低了材料的断裂强度。     

压电智能驱动器力学模型的建立及数值模拟

基于PZT逆压电效应和结构动力学波动原理,建立粘贴式PZT驱动器与主体结构耦合简化力学模型及数学模型;考虑粘结层阻尼效应,建立PZT驱动方程并求解输出力表达式,确定驱动器力学与电学特性的对应关系;通过胶层材料特性、传递的切应力及其厚度变化对PZT驱动性能的影响进行算例分析,拟合出胶层传递剪切力与胶层厚度关系曲线,证明了运用所建立的驱动模型能有效地模拟检测PZT的逆压电规律,可为利用压电智能驱动器控制工程结构检测提供理论依据.     

多层压电晶体型电-机转换器及其静态特性实验研究

电 -机转换器的性能直接影响电液控制阀在整个电液系统中的品质特性 ,文章根据压电晶体的逆压电效应设计了粘接式多层压电晶体型电 -机转换器及驱动电路 ,并对其进行静态特性实验研究。实验结果表明粘接式多层压电晶体型电 -机转换器的静态特性优于电磁型电 -机转换器 ,能够很好地满足电 -机转换器的要求 ,可广泛用于电液控制技术领域     

新型压电复合材料OPCM传感性能试验研究

传统的压电传感器不具有压电正交异性，因此不适合用于检测构件特定方向应力和应变．将压电陶瓷材料相与环氧树脂基材料相复合，构造出具有压电正交异性的新型压电复合材料，并对其传感性能进行标测．试验研究结果表明这种新型压电复合材料不但具有灵敏度高、线性度好和性能稳定等优点，可用作传感元件和驱动元件；而且还具有非常明显的正交各向异性，更适合于测定构件任一方向的应力和应变．     

平面压电结构的径向基函数无网格法

利用压电材料的正、逆压电效应制成的传感器和驱动器在很多领域有广泛的应用．压电结构的机电耦合效应,给问题的求解带来了一定的困难．本文利用无网格法对压电平面问题的控制方程进行求解．利用径向基函数进行插值近似,直接配点法对控制方程进行离散,得到无网格离散的线性控制方程组,最后通过数值计算与分析,验证了方法的可行性以及不同径向基函数对结果的影响．     

新型压电行走机构的行走特性

压电行走机构是利用压电陶瓷逆压电效应和谐振特性,将电能转化为机械能的一种新型驱动装置。为避免惯性、摆动、两足移动式压电行走机构运动形式单一问题,研制了一种新型的压电行走机构振动测试系统。通过实验获得了驱动电压、谐振频率、负载载荷、振动角等诸多因素对机构行走速度和在沿行走方向上的驱动力的影响规律。分析显示,行走机构在滑移状态下,行走速度出现最大值,运行平稳;行走装置的后足设置行走轮时,行走状态最好。实验结果为压电行走机构驱动控制系统的设计提供了必要的数据依据。     

压电陶瓷驱动梁的变形分析及试验研究

利用逆压电效应可以研制各种驱动器．将片状的压电陶瓷(PZT)作为驱动器，对称地粘贴到梁的上下表面，在极性相反的外部电场的作用下，使驱动构件发生弯曲变形．在推导了粘贴有PZT压电驱动片梁的弯曲应变分布表达式的基础上，通过分析驱动片的纵横应变分布，提出了用横向定向加固的方法使压电陶瓷驱动元件表现出明显的正交异性，从而提高了压电驱动的效率，最后通过实验进行了对比验证．     

智能悬臂梁有效弯矩的理论分析与确定方法

利用压电材料的逆压电效应可将其制成驱动元件，即当对它施加电压时，由于电场的作用造成压电元件变形。智能悬壁梁，如压电驱动器采用对称安装，在极性相反的控制电压作用下，产生纯弯曲控制力矩，通过分析智能梁横载面上的应变分布，推导出由压电驱动器应变产生的有效左的理论计算公式，并给出确定有效弯矩的两种方法。     

E—S法测量压电元件压电应变常数d33的研究

压电应变常数d33是表征压电元件压电性能的重要参数之一,本研究从d33的定义出发,利用压电元件的逆压电效应,给出一种测量d33常数的新方法－－E－S法,文中通过实验对具体的压电陶瓷片的d33进行了测量,并将E－S法与准静态法的测试结果进行比较分析,结论表明这种方法具有较高的精度。     

共振式压电驱动器分析及实验研究

推导了压电陶瓷等效刚度和驱动力的表达式.考虑胶层及预压弹簧的影响,将压电陶瓷简化为等效驱动力作用下的弹簧,设计了共振式压电驱动器.建立了共振式电驱动器的动力学模型,并进行了共振式压电驱动器原理性实验验证.实验与理论分析结果误差在10％以内,结果表明等效弹簧模型在低频范围内能够较为准确地模拟压电陶瓷的动力学特性.共振式压电驱动器可以显著放大压电陶瓷的位移,克服压电陶瓷输出位移小的缺点,有较为广阔的用途.     

压电合成射流激励器LEM方法研究

基于线性复合平板理论,将机-电-声等效方法应用于压电合成射流激励器,建立了激励器的集总参数模型(LEM).借助ANSYS软件和Matlab软件提取等效模型的关键参数,并使用Matlab软件对合成射流激励器的LEM模型进行了仿真.仿真结果与实验测试值进行了对比,两者吻合得较好.与传统仿真方法相比,所提出的LEM方法具有操作简单、耗时短、占用资源少和效率高等优点.      

复合型压电俘能器的力电特性研究

研究了由金属及压电陶瓷构成的复合型压电俘能器的动力学及力电转换特性。基于薄板小挠度理论,对复合型压电俘能器进行振动分析,确定了在周期性均布载荷作用下该结构所产生电压、功率与其几何参数之间的关系。同时结合实验,研究了不同负载电阻情况下压电俘能器的输出功率并讨论了能量转换效率问题,并分析了压电俘能器的几何参数、不同金属材料对力电转换特性的影响。     

一种新型惯性式压电执行器研究

设计了一种惯性式压电执行器.该执行器由身体和4个弹性足构成.每个弹性足是一个带夹层的压电双晶片,称之为复合压电双晶片.首先阐述了该执行器惯性冲击式的运动原理;然后从热力学角度推导出复合压电双晶片悬臂梁端部挠度与外电压、外力的关系式;以此为基础建立了执行器的动力学模型,用13个设计参数如压电片的长度、宽度、高度,执行器质量和驱动电压等表征了执行器的运动状态;最后以驱动电压幅值为自变量,固定其他设计参数,得到了电压幅值与执行器平均速度的关系曲线.此理论计算与试验结果基本相符,证明所建立的执行器动力学模型是合理的.     

基于积分器的压电陶瓷自感知执行器研究

拟用压电陶瓷执行器自感知位移，省去外部传感器．从基本压电方程出发，推导出压电陶瓷执行器晶片上自由电荷中包含的执行器位移信息，进而提出了一种基于积分器电路的压电陶瓷执行器位移自感知方法．对压电陶瓷叠堆执行器设计了电压驱动电路，同时设计了获取自由电荷的积分器电路．基于此复合电路，执行器在执行的同时，可以感知其自身的位移．该方法使得自感知电路的调节和感知信号的获取变得容易，克服了电桥法自感知电路阻抗不易匹配的不足．实验结果表明，在不同的驱动电压波形、不同的驱动电压频率下，基于积分器的压电陶瓷自感知执行器均能够很好地获取执行器的位移信号．     

带粘结层智能结构压电作动器的修正点力模型

在有压电应变作动器的具有振动主动控制功能的智能杆梁结构中,考虑了粘结层的影响,并且假设应变沿各层的厚度方向为线性分布.对Crawley-Luis与Euler-Bernoulli所建立的压电作动器点力模型进行了修正,提出了一种更具一般性的诱导应变作动器的点力模型,分别导出了双面对称粘贴和单面粘贴压电作动器时的修正点力模型的计算公式.并进行了计算机仿真研究,表明了修正模型的合理性.修正点力模型更具一般性,这对设计压电智能结构具有指导意义.     

金属颗粒分散压电陶瓷复合材料的压电性能

金属颗粒分散压电陶瓷复合材料是一种新型的3-0型压电复合材料,其有效压电性能受金属相体积分数的影响.利用基于格林函数的有效介质理论,结合由于金属相的弥散导致压电陶瓷内电畴的取向分布变化,对金属相体积分数对复合材料有效压电性能的影响进行理论计算.结果表明,复合材料的有效压电性能随金属相体积分数的增加呈下降趋势,理论计算和文献报道的实测结果基本吻合,表明该方法能够预测压电陶瓷/金属复合材料体系显微结构与压电性能之间的关系.     

带有充液容器的压电结构晃振建模研究

为了利用压电驱动器作为主动元件抑制带有充液容器的结构晃振,需要对压电结构晃振进行精确建模。本文针对一个自由端部带有充液容器的压电悬臂结构,利用有限元方法对无充液情况下的压电悬臂结构进行模态分析并建立其状态空间表达式,利用质量摆等效力学模型描述容器中液体晃动,将推导出的压电悬臂结构模型和液体晃动模型耦合得到整个系统晃振模型。通过试验分别验证不同充液水平下的晃振模型的频率 和Bode图,结果表明建立的带有充液容器的压电悬臂结构晃振模型及其状态空间表达式可用于控制设计。     

一种新型压电舵机的设计

设计了一种由两组独立的压电角位移执行机构组成的基于压电致动器的新型电动舵机.压电致动器产生的位移经过杠杆机构放大以后转换为舵偏角的输出.推导了压电舵机的数学模型,在此基础上讨论了影响压电舵机性能的因素,并通过实验加以论证.研究结果表明所设计的压电舵机具有结构紧凑、体积小、质量功率比高、价格低、响应速度快等优点,适用于小型旋转制导弹药.     

压电驱动型电液伺服阀前置级驱动器实验研究

针对电液伺服阀电磁式前置级驱动器频响低的问题，提出了一种压电驱动型电液伺服阀前置级驱动器，该驱动器以压电叠堆(积层式压电微位移器)为驱动元件，通过基于三角形放大原理的柔性铰链放大机构，放大压电叠堆的输出位移．同时，设计、研制了实验装置，并在试制样机上对其静、动态特性进行了实验．研究表明，该驱动器具有线性良好、高分辨率、高频响等特点，由有限元分析得到的固有频率达到了1．201kHz，实际测量的固有频率为1kHz。