具弱界面粘结磁电弹性层合梁的非线性静力分析

基于Soldatos精确应力分析的广义五自由度梁理论、von Karman非线性理论和Hamilton原理,通过引入静力平衡方程、静电和磁静力学的Maxwell方程的通解;建立具弱界面粘结磁电弹性层合梁的非线性平衡微分方程组,利用Galerkin方法对该非线性偏微分方程组进行求解.数值计算中,具体讨论了界面粘结强度对具...     

GMF双层膜几何非线性变形模型及实验研究

超磁致伸缩薄膜(GMF)在磁致伸缩效应下的变形具有明显的几何非线性特征,应用几何线性理论描述GMF的应力应变及本构关系存在较大误差.结合几何非线性弹性理论,并将磁致伸缩效应等效为GMF上体积力作用下的变形效应,建立了GMF双层膜的几何非线性变形模型,推导出了GMF在磁场作用下的挠曲线方程.用泰勒级数法求得了挠曲线模型的数值解,采用悬臂梁式超磁致伸缩双层膜(TbDyFe-Polyimide(PI)-SmFe和TbDyFe-Cu-SmFe)对模型进行了实验验证,结果表明,所提出的几何非线性挠曲线模型与实验结果具有较好的一致性.     

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.     

输送流体双腔并联压电泵性能分析与试验研究

为了提高压电泵的输出能力,采用压电双晶片进行驱动,设计了双腔并联被动截止阀压电泵,并加工了试验样机.对不同压电振子驱动方式(同步驱动或异步驱动)的双腔并联压电泵输出性能的影响规律进行了理论分析,分别以液体和气体为介质对样机进行了试验测试.测试结果表明:在110 V驱动电压下,工作频率小于400 Hz时,输送液体最大输出流量为1330 mL/min,2个振子异步驱动泵的输出能力好于同步驱动;输送气体最大输出流量为950 mL/min时,2个振子同步驱动和异步驱动泵的输出能力基本接近,从而确定了双腔并联压电泵输送流体时的最佳工作方式.     

压电智能板致动器动力控制特性的有限元模拟

利用有限元法对高精度磁头定位控制系统中拟采用的压电双晶片智能板型致动器的动力控制特性给予了定量模拟。将压电双晶片分别粘贴于基底钢板上下表面形成层合板，对其在恒定的平行电场作用下的机电耦和致动特性进行了分析，基于压电本构方程、经典层合板理论和Hamilton原理，推导出具有压电传感器及致动器的层合板机—电耦合动力方程。通过应用负速度反馈控制算法，对板的变形与振动控制的特性进行了数值分析，建立了相应的定量分析模型和计算程序，结果表明：本文的控制系统是有效的。     

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.     

悬臂磁电双晶片弹陛梁的机电磁响应

本文研究悬臂磁电双晶片的弯曲问题。基于三维本构方程,建立了一维磁电弹性梁的弯曲控制方程。当输入为机械荷载、电场或磁场,通过磁电弹耦合,获得了机械弯曲变形以及磁电的输出响应。结果表明双晶片的挠度及转角不仅与输入荷载相关,也受约束于双晶片的层厚此。     

空间红外相机高精度低温光学扫描技术研究

为了解决空间红外相机低温光学系统中的高精度像方扫描问题,研究了基于压电双晶片驱动器的低温扫描技术。分析了低温光学系统的辐射特性。根据该驱动器的运动特点,设计了与之相匹配的扫描运动机构,并在低温下测试了其扫描性能。实验结果表明,在120 K低温下,该扫描系统的扫描幅度能够达到1.2°,扫描精度达到80μrad,基本能够满足低轨红外扫描相机的应用要求。     

An in-pipe micro robot actuated by piezoelectric bimorphs

A novel in-pipe micro robot providing stable and accurate locomotion inside a tubular structure with diameters ranging from 16 mm to 18 mm is presented in this paper. Driven by impulsive voltages, deflections of the piezoelectric bimorphs are generated and then converted into translational locomotion by the principle of the Impact Drive Mechanism （IDM）. Theoretical analysis of the proposed system is performed based on a simplified mechanical model. Then dynamic simulations of the dynamic behavior are performed. Finally, an experiment is conducted to investigate the moving ability of this device. The results demonstrate that a maximum translational velocity of 3.5 mm/s can be obtained under an im- pulsive driving voltage with peak value at 50 V and frequency of 1100 Hz. Both theoretical analysis and experimental trials prove that the principle of IDM actuated by piezoelectric bimorphs is feasible and robust for achieving accurate locomotion of the micro robot in pipes with diameters of less than 20 mm.