热环境中粘贴压电层功能梯度材料梁的自由振动

研究了上下表面粘贴压电层的功能梯度材料Euler-Bernoulli梁在升温及电场作用下的屈曲和自由振动行为.在精确考虑轴线伸长基础上,建立了压电功能梯度材料层合梁在热-电-机载荷作用下的几何非线性动力学控制方程.其中,假设功能梯度材料性质沿厚度方向按照幂函数连续变化,上下压电层为各向同性均匀材料.在小振幅和谐振动假设下,上述非线性偏微分方程组被转化为两套相互耦合的常微分方程组,即过屈曲问题的控制方程和过屈曲构形附近的线性振动控制方程.采用打靶法数值求解上述两个耦合的常微分方程边值问题,获得了在均匀电场和横向非均匀升温场作用下两端固定压电.功能梯度材料层合梁在屈曲前和过屈曲构型附近的自由振动响应.绘出了梁的过屈曲平衡路径以及前3阶固有频率随热、电载荷及材料梯度参数变化的特性曲线.结果表明,梁的前3阶频率在屈曲前随着温度升高而减小,在进入过屈曲后它们却随着温度升高而增加.通过施加电压在压电层产生拉应力可有效地提高粱的热屈曲临界载荷,从而提高其固有频率.     

一类弹性系统的精确L2-能控性

该文研究带有压电驱动器的Rayleigh梁系统的精确能控性.先用算子半群方法和提升结果[9]建立了Rayleigh梁方程解的正则性;再用Hilbert唯一性方法结合Diophantine逼近理论的某些结果得到了系统的精确L2-能控性.     

DECAY RATE OF SAINT-VENANT END EFFECTS FOR PLANE DEFORMATIONS OF PIEZOELECTRIC-PIEZOMAGNETIC SANDWICH STRUCTURES

This paper is concerned with the decay of Saint-Venant end effects for plane deformations of piezoelectric （PE）-piezomagnetic （PM） sandwich structures, where a PM layer is located between two PE layers with the same material properties or reversely. The end of the sandwich structure is subjected to a set of self-equilibrated magneto-electro-elastic loads. The upper and lower surfaces of the sandwich structure axe mechanically free, electrically open or shorted as well as magnetically open or shorted. Firstly the constitutive equations of PE mate- rials and PM materials for plane strain are given and normalized. Secondly, the simplified state space approach is employed to arrange the constitutive equations into differential equations in a matrix form. Finally, by using the transfer matrix method, the characteristic equations for eigen- values or decay rates axe derived. Based on the obtained characteristic equations, the decay rates for the PE-PM-PE and PM-PE-PM sandwich structures are calculated. The influences of the electromagnetic boundary conditions, material properties of PE layers and volume fraction on the decay rates are discussed in detail.     

谐振调幅压电石英晶体分子键裂型传感仪的研制北大核心CSCD

基于谐振调幅激励压电石英晶体开发了一种分子键裂型传感仪。该传感系统通过数字信号发生器DDS 9854产生频率可调的正弦波,激励9.98 MHz的压电石英晶体,经信号放大滤波后得到谐振频率。通过数控技术调节激励电压实现谐振调幅,以增大石英晶振表面的剪切动量。当调幅到一定程度会导致分子间键断裂,通过调幅电压值测定分子键的强度,可在数分钟内得到晶体表面的结合质量和结合强度的信息。使用了谐振调幅压电石英晶体分子键裂型传感仪检测了不同粒径的氨基纳米磁珠与金电极之间的相互作用,由频率信号得到磁珠在金电极上的结合量。通过不同谐振调幅电压激励石英晶体以甩脱电极表面的磁珠,由激励电压得到不同粒径的氨基纳米磁珠与金电极间的键裂力为2±0.5 nN。本仪器的研制为传感分子间的相互作用提供了一种新技术,可快速检测鉴别键的强度。     

基于压电振荡原理的微阵列点样系统的研制

针对基于电磁微阀原理的非接触点样方式存在操作过程复杂、点样量偏大,以及压电喷墨原理的非接触点样方式存在点样针不易清洗、造价昂贵等不足,研制了一种基于压电振荡原理的新型非接触点样装置,实现了微量液体点样.在本装置中,毛细管点样针与压电驱动装置为两个独立单元,可以单独对毛细管点样针进行更换和清洗.采用激光拉制法制备的玻璃毛细管点样针具有内径可调、成本低等优点.此点样方式通过改变压电陶瓷的振幅和频率,可在10Symbolm@@_10～10Symbolm@@_9 L之间调控点样体积.以此为基础,结合三维精密位移控制技术,研制了一种基于压电振荡原理的微阵列生物芯片点样系统.对点样系统的点样体积、点样密度、点样精度等参数进行了测试,结果表明,此点样系统的最小点样体积可达320 pL,点样密度可达4000 点/cm2,并能够实现界面图案化制备.     

非线性工作状态压电换能器匹配技术

针对压电换能器在大功率下存在复杂非线性而导致匹配参数难以优化的问题,以大功率超声金属焊接为例,通过采集测试焊接过程换能器两端电压的幅值与频率,建立换能器反谐振电阻与驱动电压有效值、频率之间的数学模型;提出基于反谐振电阻模型的最优功率匹配方法,推导了匹配电感电容的计算公式。最后实验验证了数学模型的准确性,且当换能器输入功率在最优功率附近时,匹配网络电能传输效率最高。     

超声辅助电镀的仿真与实验*

为了提高镀层的表面质量,提出了一种超声辅助电镀的方法。超声的空化与搅拌作用可以影响电镀的电沉积过程。设计了合理的换能器结构,并搭建了超声辅助电镀装置。通过对模型进行压电声学场与电镀场耦合仿真分析,结果表明：在硫酸铜电解液,镀铜时间60s,电压300V条件下,进行超声辅助电镀,镀层厚度分布均匀,镀层中部电流密度分布均匀,边缘最大电流密度是未加超声的2倍左右 。基于仿真结果,进行相同的实验测试,结果表明：超声辅助电镀可以提高镀层的均匀性,减少铜颗粒表面的杂质,提高表面的光洁度。阴极样品距离换能器头部位置在60mm左右,镀层质量良好。     

中国散裂中子源二期648 MHz超导腔调谐器设计

中国散裂中子源二期升级采用超导腔技术方案,其中在165～300 MeV能量段采用648 MHz 6-cell超导腔模组,每个模组中集成3只6-cell超导腔。超导腔工作在脉冲模式,为了保证超导腔2 K下的频率满足运行要求,每只超导腔需要一套低温调谐器对其频率进行精确调节控制。针对648 MHz 6-cell超导腔的结构和运行特点进行了低温调谐器的设计,采用快慢组合机构补偿超导腔的频率偏移,对调谐器的基本性能和超导腔脉冲模式运行下的动态洛伦兹失谐进行了分析。     

管柱型近周期声子晶体点缺陷结构的大尺寸压电超声换能器

大尺寸压电超声换能器的耦合振动会导致其辐射面纵向位移振幅的平均值较小,振幅分布不均匀,严重影响系统的性能和可靠性.为了改善大尺寸超声振动系统性能,可利用二维孔/槽型近周期声子晶体结构对横向振动进行抑制,但在对横向振动抑制的同时,该结构会对换能器机械强度和工作带宽等性能参数造成不利的影响.针对这一问题,本文提出利用管柱型近周期声子晶体点缺陷结构对大尺寸夹心式纵振压电陶瓷换能器进行优化的新思路.该方法不仅可以利用构造的固/气二维近周期声子晶体结构的点缺陷模式,获得极低的能量损耗,有效提高系统辐射面的纵向位移振幅和振幅分布均匀度;也可以利用管柱结构中的双环形孔增强声波的多重散射,使得换能器在管柱柱高较低的条件下产生禁带,在有效抑制横向振动的同时,大幅拓宽换能器系统的工作带宽,增强系统的稳定性和机械强度,降低加工成本.仿真结果证明了优化的有效性.