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.     

压电双晶片弯曲振动频率方程及其位移解

利用小挠度理论推导设计压电双晶片弯曲振动的频率方程,得到其弯曲振动位移解.利用有限元方法计算压电双晶片弯曲振动的谐振频率.对研制的压电双晶片振子测得其谐振频率,测试结果与有限元计算结果、利用压电方程和小挠度理论推导的频率方程求得的结果相吻合.这说明,所推导的频率方程可于设计自由边界压电双晶片振子.     

压电陶瓷换能器电感与电容匹配特性研究

采用等效电路法,推导了不同匹配条件下压电换能器军效阻抗与匹配参数公式,并获得了换能器的最佳电路匹配参数.结果表明,利用所得高效公式,可精确计算出最佳匹配参数,从而有效提高压电换能器的机电转换效率。     

压电层合板壳剪切变形理论

提出了一种压电层合板壳的一阶剪切变形理论,采用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理、压电理论和层合板壳的一阶剪切变形板壳理论,推导了压电层合板壳系统的运动方程,根据一阶剪切变形理论,得到压电压合壳的应变位移关系;并由复合材料板壳的广义内力公式和压电本构关系,导出压电层合壳的广义内力－位移－电场关系;利用Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理进行了变化推导,得到压电层合板壳剪切变形理论的运动方程,以及力学和电学边界条件。该理论可应用     

压电谐波电机单级杠杆式位移放大机构的有限元分析

压电谐波电机是一种利用压电陶瓷驱动器、位移放大机构以及控制系统代替传统的波发生器的新型谐波电机.利用ANSYS软件对压电驱动器的单级杠杆式弹性铰链位移放大机构进行了有限元分析,得到了放大机构的变形及应力图,分析了影响位移放大倍数的因素以及改进措施.     

梯度功能压电陶瓷微夹钳的设计和操作原理

利用梯度功能压电执行器设计和制作了双悬臂梁结构的微夹钳 ,用作微型机器人操作系统的操作手 .该微夹钳整体尺寸为 1 5　 mm× 2　 mm× 2　 mm,质量为 1 2 0　 mg.建立了梯度功能压电陶瓷悬臂梁的双层复合梁模型 ,从该模型和压电本构方程出发 ,分析梯度功能压电陶瓷微夹钳的操作原理 .理论推导了该悬臂梁的微位移特性 ,由微夹钳的双悬臂梁结构 ,得到微夹钳的顶端张开量 .实际测量了梯度功能压电微夹钳的顶端张开量 ,其实际值与理论推导值有较好的一致性     

基于电磁-温度耦合方法的永磁驱动器温度场分析

基于电磁-温度场耦合方法,分析了盘式永磁驱动器的温度场.基于电磁场解析计算建立了盘式永磁驱动器的电磁场解析模型,推导了涡流损耗公式.计算了热阻和散热系数,并以涡流损耗为热源,建立了盘式永磁驱动器等效热网络模型.预测随负载变化时盘式永磁驱动器的涡流损耗和铜盘温度的变化.解析结果与有限元结果比较表明:基于电磁-温度场耦合方法所建立的电磁场解析模型和温度场解析模型能快速、准确地预测涡流损耗和铜盘温度.     

部分充填式钢箱-砼组合梁考虑滑移和剪切变形的变分解法

为研究滑移和剪切变形对部分充填式钢箱-混凝土组合梁变形影响,基于Timoshenk两广义位移理论和能量变分原理,提出组合梁变分计算模型和假定.利用最小势能原理并结合边界条件,分别推导考虑双重变形模式的简支组合钢箱梁负弯矩区滑移微分方程、挠度及附加弯矩的联合弹性解析解.对比两根不同抗剪连接程度组合梁的实测值及理论公式计算值,分析结果表明:在弹性阶段运用变分法推导的挠度及其滑移计算值与实测值相吻合,从而证明了理论公式的有效性.     

C型环环向应力与加载载荷的公式推导与验证

基于任意C型环试样结构尺寸及其力学关系,建立了C型环内任意截面的力学模型,根据材料力学基本理论,推导出了其外壁和内壁任意一点环向应力与C型环试样加载位移、加载载荷之间的理论计算公式。为了验证本文推导的理论公式的正确性,建立了C型环试样的有限元计算的力学模型,当某试验要求C型环试样最大环向拉应力为650 MPa,对油管外径88.9 mm的C型环试样,通过有限元法和本文推导的理论公式对该结构工况进行计算和对比分析,得出有限元法和理论公式计算出需要施加的载荷和位移的误差分别为-1.82%和1.25%,证明推导文中推导的理论公式的正确性,为C型环硫化物应力腐蚀开裂（SSCC）和应力腐蚀开裂（SCC）实验加载参数的确定提供了简便的计算方法。     

压电陶瓷驱动的谐综合运动电子凸轮的试验研究

利用双悬臂梁式压电陶瓷驱动器作为主动件,与混频信号发生器、压电陶瓷功率放大器、激光位移传感器组合成电子凸轮系统.由信号发生器产生设定的包含多个特定频率分量的混频电压信号,经功率放大器放大后作用于压电陶瓷驱动器上,使其发生设定的谐综合特性的运动输出.试验结果表明,压电陶瓷驱动器的运动输出很好地实现了谐综合的特性.     

基于磁势矢模型的电磁直线驱动装置解析建模

针对目前有限元法求解电磁直线驱动装置稳态电磁特性时运算周期长、计算效率较低的问题,提出研究此类驱动装置的解析建模方法。以直驱式自动变速器用动圈式电磁直线驱动装置为例,建立了驱动装置磁场泊松方程,引入磁势矢模型推导了磁场分布方程,并结合边界条件得到了径向气隙磁通密度及电磁力表达式,以此获悉驱动装置稳态电磁特性。结果表明,解析模型与有限元模型的求解误差最小为0.6%,最大为6.6%,与试验误差不超过2.5%,有限元及试验均验证了模型的正确性与精确性。所提方法在确保求解精度的前提下求解过程简单且通用性好,为实现电磁直线驱动装置的模块化设计和无位移传感器控制提供了理论参考,对丰富和发展全电集成动力系统控制方法有一定的理论意义和工程应用价值。     

转子-轴承系统中电磁作动器的力学特性分析及实验研究

通过理论分析和实验的方法研究了电磁作动器的力学特性,建立了基于转子振动位移的电磁作动器电磁力模型;设计了电磁力模型参数识别装置,并采用最小二乘估计法进行了模型参数识别。该模型与电磁轴承力的理想模型的对比实验表明,基于转子振动位移的电磁力模型较之传统理想模型更能反映电磁作动器中实际电磁力的力学特性。     

一种磁流变阻尼器非参数模型

基于Bingham塑性模型的基本思想,建立了一种简单的磁流变阻尼器非参数模型.该模型假设MR阻尼器的阻尼力由3项构成：气囊力、MR流体粘性阻尼力以及由于磁场作用所引起的阻尼力.气囊力被表示为活塞位移的线性函数.磁场引起的阻尼力则表示为一个没有线性增长的磁滞环.理论与实验结果的比较指出：非参数模型数据与实验数据吻合较好.该文所提出的模型,具有各参数物理意义清晰,容易根据实验数据确定的特点,可以用来描述一类线性比较好的MR阻尼器.     

弦支穹顶静力性能的理论分析及实物加载试验

分别采用上弦节点刚接和铰接的假定，利用ANSYS程序分析了某弦支穹顶屋盖结构的静力性能．结果表明，两种情况下的杆件内力和位移接近，可以采用上弦铰接假定进行弦支穹项的理论分析．对半索半杆形式的弦支穹顶进行了实物加载试验，阐述了加载制度、测点布置及试验过程，同时进行了钢丝绳弹性模量测试试验．比较分析了杆件应力和节点的试验值与理论值，结果表明：在低水平荷载下，杆件应力和节点位移吻合较好，高水平荷载下受试验环境影响，试验值大于理论值；随着荷载的增加，均出现外圈索张紧而内圈索松弛的现象，指出在弦支穹顶设计时应合理设置内环索的预应力值．理论分析和实物加载试验均表明弦支穹顶具有良好的受力性能，用钢量少，施工方便，造价低，具有广阔的应用前景。     

汽车悬架液压减振器热机耦合动力学模型

针对汽车悬架液压减振器建立了由路面不平度激励模型、非线性悬架振动模型、考虑温度影响的减振器阻尼力试验数据模型、减振器热动力学模型子模型组成的耦合动力学效应的理论分析模型.通过减振器阻尼力特性试验数据建立了考虑温度影响的非线性阻尼力试验模型,利用减振器发热特性试验数据辨识了减振器热动力学模型参数.利用所建立的耦合动力学理论模型预测了减振器温度上升动态过程,并进行了影响因素的仿真分析.研究表明,减振器的热机耦合效应在高速行驶和较差路面条件下表现突出,而在低速或者良好路面条件下不明显;行驶车速、路面等级、环境温度与减振器周围空气流动速度、悬架非簧载质量、减振器壳体换热面积对减振器发热平衡温度高低具有很大影响,而悬架等效刚度、簧载质量和减振器壳体比热容参数对之影响很小.     

冻土非线性断裂破坏过程数值计算分析

冻土具有非线性特征,因此其断裂破坏过程也是非线性的并存在微裂纹损伤区(MDZ),将MDZ简化为虚拟裂纹,并考虑到冻土特性,假定在虚裂纹面上存在着胶结力,提出了冻土断裂破坏的胶结力裂纹模型,并具体讨论了张拉型破坏和压缩破坏的胶结力裂纹模型.其次,依据Paris位移公式,分别推导均布外力作用下,裂纹面上作用有非线性分布胶结力情况的裂纹尖端张开位移一般表达式,进一步导出了三点弯曲梁及压缩破坏的裂尖张开位移表达式,为冻土非线性破坏过程及特征参数的计算提供依据.最后分别对三点弯曲梁模型及有侧限压缩模型进行了数值计算.对三点弯曲梁计算了不同温度下冻土破坏过程曲线,给出了不同土质非线性破坏特征值-临界张开位移值,并与实测值进行比较,二者相符;对压缩模型,给出了裂纹张开位移过程曲线和不同土质张开位移临界值,并与理论预测值进行了比较,二者也基本相符.在计算方法上采用了有限元和解析法相结合的半解析有限元法.     

板式橡胶支座的水平位移特性

为研究曲线梁桥板式橡胶支座在实际运营过程中的受力特性和水平位移发展规律。通过Abaqus建立矩形板式橡胶支座GJZ 500×600×130的有限元模型,对比模型与理论计算的剪切刚度说明了模型的正确性,基于此模型进一步对支座在单次和多次循环位移加载作用下来研究支座水平位移变化规律,然后考虑曲线梁桥板式橡胶支座实际受力情况进行加载,研究支座在变化的竖向压力荷载作用和考虑静动摩擦转变等情况下的位移变化特性,并分析了支座在长期重复荷载作用下的残余变形的发展规律。结果表明：通过此方法建立的支座有限元模型能够较好地模拟支座与上部结构之间的摩擦行为,精确的计算支座的剪切变形和滑动位移;动态的竖向压力作用对支座剪切变形阶段基本不受影响,但对滑动变形阶段有较大大的影响;支座由静摩擦转变为动摩擦时,其水平力和剪切变形会突然减小;支座的残余变形会随着加载次数的增加而累积增大,但增长幅度随着加载次数增长而减小。     

曳力模型对发送罐内两相流动及出料特性的影响

曳力是表征气固相间作用的关键参数,以欧拉双流体模型为基础,以Gidaspow、Syamlal-O'Brien和Huilin曳力模型为研究对象,分析不同曳力模型对罐内两相流动和出料特性的影响。将不同入口气速下的出口质量流量与实验数据进行对比,分析不同曳力模型适用的入口条件。计算结果表明:根据入口速度与模型的匹配度,可将曳力模型划分为三个区间;G区的Gidaspow模型,罐内速度和湍动程度最大并且与实验数据吻合度最高;Syamlal-O'Brien的计算结果略小于Gidaspow模型;只有在S区,Syamlal-O'Brien才与实验值较为吻合;用Huilin模型计算的整体速度和质量流量最小,当速度增大到0.15 m/s以上的h区才与实验结果接近,为发送罐内两相流动的研究提供理论依据。     

大跨度结构多点地震反应计算方法的比较

分析比较了直接求解法、位移输入法、相对运动法和大质量法4种不同多点地震动输入下大跨度结构地震反应的计算方法.以一实际工程为例进行了算例计算和结果比较,数值结果表明,直接求解法、位移输入法和相对运动法3种方法的计算精度较高,建议采用.大质量法计算结构加速度反应精度较高,但是位移和内力反应会出现严重的失真现象.位移失真原因主要是由程序中数值积分引起的,且大质量法并不能保证计算中的地震位移输入和实际的位移激励一致.     

金属丝网减振器的建模与参数识别研究

针对金属丝网减振器的滞迟特性和非线性关系,利用金属丝网减振器的静态特性试验得到载荷-位移曲线,并由此建立了金属丝网减振器的滞迟恢复力模型,将恢复力gn分解为无记忆部分g0和记忆部分z(t),并分别用间接Fourier展开法和直接Chebyshev展开法对减振器双折线本构关系进行级数展开和参数辨识,通过参数识别数值模拟得出Chebyshev级数展开识别法的精度略胜一筹,为建立金属丝网减振器非线性泛函本构关系与动力学模型提供了坚实的实验基础和理论指导。