对压电陶瓷极化特性的研究

根据研究模型首先得出压电陶瓷极化特性的理论推测,然后使用DP-5型介电谱仪,测量由压电陶瓷材料制作的蜂鸣器。实验测出压电陶瓷的极化方式与极化率和外场频率有关,随着频率的增加,压电陶瓷的离子位移极化率、电介质分子取向极化的极化率将减小,最终表现为相对介电常数减小。实验结果与理论猜测吻合。     

厚壁径向极化压电陶瓷薄圆环的研究

本文对厚壁径向极化压电陶瓷薄圆环进行了研究,得出了振子的谐振和反谐振频率的理论方程,并用有限元法分析了和实验测试了径向振动模态,给出了理论、有限元法和实验数据的一个对比。结果表明:本文的理论较为完善,对实际运用有一定的指导意义。     

0-3型压电复合材料覆盖层水下 吸声性能的理论研究

目前压电分流阻尼技术在振动和噪声领域的应用得到了广泛的关注. 本文尝试将压电分流阻尼技术应用于水下吸声领域, 以提高覆盖层的吸声性能. 将压电覆盖层厚度模态的机电方程和声波传播的传递矩阵相结合, 建立一维电声模型. 该模型可以用于分析多层压电和非压电水下吸声覆盖层的吸声性能. 采用该模型分析了0-3型压电复合材料覆盖层的水下吸声性能. 压电复合材料的参数是采用Furukawa的模型计算的. 研究结果表明, 采用合适的分流电阻, 负电容分流电路可以在较宽的频率范围显著提高覆盖层的吸声性能. 其原理可以从阻抗匹配的角度解释, 负电容分流电路可以调整压电覆盖层的表面声阻抗, 使之与水的特性声阻抗相匹配.     

考虑弯曲和轴向振动模态的一维梁压电阻抗模型及试验研究

同时考虑一维梁结构的弯曲和轴向振动,对其压电阻抗模型进行建模分析和试验验证。在0.02～42 kHz频段内区分并标记了一维钢梁弯曲振动模态前18阶及轴向振动模态前3阶。结果表明:在0.02～7.5kHz频段内,数值计算和试验结果中谐振峰对应频率的相对误差较大:11.7%～16.5%,其原因可能是低频时振动能量较低且波的传播受结构阻尼、边界条件及环境噪音等因素影响较为明显;在7.5～42kHz范围内,两者谐振峰位置符合良好,相对误差较小:0.11%～2.31%,表明该模型在高频段具有较好的适用性;轴向振动模态对应频率大于弯曲振动模态。本研究为结构健康监测过程中检测频段的选取及损伤信息的提取提供参考。     

基于虚拟仪器的压电陶瓷驱动技术研究

针对压电陶瓷驱动器的非线性应变,以压电陶瓷微位移驱动原理为基础,分析了扫频激光器腔长控制原理;在硬件时钟的定时下,分析了压电陶瓷的驱动特性,并通过调整驱动信号的步长电压来调节压电陶瓷的非线性。设计了基于虚拟仪器的控制系统,并对线性化方法进行了原理分析和实验。实验结果表明,该测量系统可以使压电陶瓷在其伸长范围内线性地伸长。     

应用迈克耳孙干涉仪研究压电陶瓷的特性

简述了应用迈克耳孙干涉仪测量压电陶瓷压电常量的原理及实验结果分析.简单介绍了研究压电陶瓷振动特性的方法.     

轴向极化压电陶瓷圆片的自由振动低阶振动方式分析

本文利用解微分方程二点边值问题的伴随法^[6],对应力自由边界条件下的轴向极化压电陶瓷圆片振子的压电运动方程进行了数值积分。求出了厚度与直径比小于0.45的振子在厚度方向运动影响下的低阶径向模的谐振频率及质点位移分布图象。给出了基频的厚度影响修正曲线及与泊松比有关的泛音比曲线。
本文的数值计算全面考虑了压电性的作用,未对振子尺度作任何限制.实验结果与计算结果很好相符。     

压电陶瓷快反镜的控制器设计及温度补偿研究

针对压电陶瓷快速反射镜,设计了一种基于频域分析的传递函数辨识方法,可以实现对任意已知传递函数阶次的系统进行扫频和传函拟合,再基于拟合的压电快反镜传函进行控制器设计、仿真、实物验证,对设计出的控制器进行验证。闭环性能为控制带宽为600 Hz,1V阶跃信号调节时间为12 ms,结果表明控制器性能满足要求。设备运行过程中会受到温漂影响,因此利用温度、光学偏转角和控制电压之间的关系进行温度补偿,实验结果表明温度补偿功能的温漂抑制效果达90%,极大提高了系统控制精度。     

基于经验模态分析的故障诊断方法及应用研究

为实现对微弱动态响应的准确辨识及故障状态的早期诊断,提出了基于经验模态分析的故障诊断方法,将模态分解、互信息熵与主元分析结合,故障特征更凸显,方法更有效。首先模态分解,得到一系列固有模态分量,利用互信息熵判断所有固有模态分量的高低频分界点并对高频分量自适应阈值去噪。将去噪后的所有高频分量和低频分量主元分析,计算各主元的峭度值,选取峭度值大的分量求时频谱得故障频率,从而确定故障。将该方法应用到含有高频环境噪声的轴承故障信号中诊断可靠、准确。     

具有压电分流电路薄板的吸声特性Ⅰ．理论分析

首次从理论上分析了粘有压电陶瓷片薄板的低频吸声特性和吸声机理.根据压电陶瓷薄片外接分流电路时的等效柔顺性系数,应用拉格朗日方程建立了粘有压电陶瓷片薄板的运动方程.该方程中包含了薄板和压电片的质量、弹性、阻尼以及压电片分流电路的电阻和电感.给出了粘有压电片薄板的表面阻抗和吸声系数的数值计算方法,数值计算表明调节分流电路参数可明显改善薄板一阶模态处的吸声特性.     

Finite element reduced order model for noise and vibration reduction of double sandwich panels using shunted piezoelectric patches

This work concerns the control of sound transmission through double laminated panels with viscoelastic core using semi-passive piezoelectric shunt technique. More specifically, the system consists of two laminated walls, each one composed of three layers and called sandwich panel with an air cavity in between. The external sandwich panel has a surface-mounted piezoelectric patches. The piezoelectric elements, connected with resonant shunt circuits, are used for the vibration damping of some specific resonance frequencies of the coupled system. Firstly, a finite element formulation of the fully coupled visco-electro-mechanical-acoustic system is presented. This formulation takes into account the frequency dependence of the viscoelastic material. A modal reduction approach is then proposed to solve the problem at a lower cost. In the proposed technique, the coupled system is solved by projecting the mechanical displacement unknown on a truncated basis composed by the first real short-circuit structural normal modes and the pressure unknown on a truncated basis composed by the first acoustic modes with rigid boundaries conditions. The few initial electrical unknowns are kept in the reduced system. A static correction is also introduced in order to take into account the effect of higher modes. Various results are presented in order to validate and illustrate the efficiency of the proposed finite element reduced order formulation.     

减振材料对圆柱水池爆破振动规律的影响

在水下爆炸理论与技术的应用研究中,爆炸水池是十分重要的基础试验装置。研究爆炸水池爆破振动效应和减振对于圆柱形爆炸水池使用过程中的振动控制具有指导意义。为研究圆柱形水池内部装药爆炸对周围地面产生的爆破振动并寻求合适的减振材料,选取了建筑碎石、SD型橡胶垫2种减振材料,在小型爆炸水池中进行了单药包在无减振、建筑碎石和SD型橡胶垫减振3种模式下的爆炸试验,对采集到的爆破振动信号进行峰值振速分析、EEMD-HHT（ensemble empirical mode decomposition-Hilbert-Huang transform）处理及小波包分析。结果表明：爆炸水池周围地面的爆破振动包含爆炸冲击波导致的振动、水池跳动导致的触地振动,通过Hilbert瞬时能量分析可以有效识别水池产生的跳动;碎石减振和SD型橡胶减振垫模式下的振速较无减振模式下的振速分别降低53.0%和43.1%,振动能量分别降低64.9%和57.4%;3种减振模式下爆破振动信号的频率主要分布在10～80 Hz区间;无减振、建筑碎石减振、SD型橡胶垫3种减振模式下10～40 Hz频带的能量占比分别为79%、69%、66%,40～80 Hz频带的能量占比分别为11%、29%、31%。碎石和SD型橡胶垫具有吸能、减少低频成分和增加高频成分的效果,可有效降低近处测点的峰值振速。碎石减振模式下振动信号频带的能量分布较SD型橡胶垫模式下的能量分布更加均匀。

     

超声复合振动系统中局部共振现象的有限元分析

本文用有限元软件对超声复合振动系统中的局部共振现象进行了仿真计算.通过对仿真结果的分析,验证了“局部共振是耦合振动”的观点.在此基础上,用有限元方法进一步研究了截面直径比、工具杆长度等影响局部共振的因素,总结出了产生局部共振的条件.     

内窥式二维光纤扫描探头及其驱动方法

基于压电换能器技术设计了一种应用于光学相干层析成像的新型内窥式二维光纤扫描探头,即利用两片压电陶瓷片和一片薄导电基片驱动光纤探头.该探头利用光纤悬臂的共振特性,通过对压电陶瓷施加等于光纤共振频率的混频信号,能同时激发光纤悬臂两正交方向上的振动,可以实现光纤悬臂的二维扫描.建立了理论模型并进行了有限元仿真分析,最后搭建了实验系统,验证并获得了扫描图样.实验结果实现了光纤悬臂的二维扫描,扫描范围达到(500×500)μm,调节驱动信号振幅幅值可以调节扫描范围.实验结果与理论分析和仿真相吻合,验证了方案的可行性.     

某空间望远镜相关跟踪系统摆镜随机振动分析

介绍了基础激励下机构随机振动响应的理论与分析方法.利用有限元分析软件ANSYS建立了某空间望远镜相关跟踪系统摆镜的有限元模型,并进行了随机振动响应分析.通过分析考察了其承受动力学环境的能力.对计算结果进行了分析.指出了现有结构中的薄弱环节,提出了改进方案,为摆镜的设计提供了重要参考依据.     

某空间望远镜相关跟踪系统摆镜随机振动分析

介绍了基础激励下机构随机振动响应的理论与分析方法.利用有限元分析软件ANSYS建立了某空间望远镜相关跟踪系统摆镜的有限元模型,并进行了随机振动响应分析.通过分析考察了其承受动力学环境的能力.对计算结果进行了分析.指出了现有结构中的薄弱环节,提出了改进方案,为摆镜的设计提供了重要参考依据.     

Integrated design of piezoelectric damping system for flexible structure

This paper aims at developing an integrated design method of the active/passive hybrid type of piezoelectric damping system for reducing the dynamic response of the flexible structures due to external dynamic loads. The design method is based on the numerical optimization technique whose objective function is a control effort of the active damping. A vibration suppression performance, which is evaluated by the maximum value of the gain of the frequency response function of the structure, is constrained. In order to demonstrate the structural damping capability of the hybrid type of piezoelectric damping system designed by proposed method, numerical simulation and laboratory experiment will be done using a three-story flexible structure model equipped with 12 surface bonded PZT tiles pairs. Both numerical and experimental results indicate that the optimally designed hybrid piezoelectric damping system can be successfully achieving excellent performance as compared to a conventional purely active piezoelectric damping system.     

随钻声波测井四极子发射换能器的设计*

提出一种基于金属基片结构的随钻四极子发射换能器,其一阶弯曲模式可用于随钻四极子声源。利用有限元法对该换能器进行了设计分析,结果表明在5kHz附近存在一阶弯曲振动模态,其径向位移分布及发射电压级响应均优于单纯的瓦片状压电阵子,非常适合随钻四极子工作频率及声场的测量需求。针对一阶弯曲振动模态,数值模拟了几何尺寸对换能器性能参数的影响。换能器谐振频率随着陶瓷片厚度、陶瓷片高度、陶瓷片张开角度、金属基片厚度的增大而升高。最大发射电压级幅值随着陶瓷片高度、陶瓷片张开角、金属片厚度的增大而升高;随着陶瓷片厚度的增大,最大发射电压级幅值先升高后逐渐降低。金属基片采用铝片可以使换能器有较大的发射功率。数值模拟结果可以对随钻声波测井仪四极子发射换能器的设计起到良好的指导作用。     

微织构超声振动铣削系统的研究

为了在金属切削过程中在7075铝合金表面形成稳定的微织构以提高其服役性能,提出一种微织构超声铣削加工工艺。为此,该文首先基于运动合成原理获得了刀尖的运动轨迹特征和工件表面的织构形貌特征。然后,基于等效电路原理和传输矩阵法建立了超声铣削系统的频率方程,并应用牛顿迭代法获得了准确的数值解,通过有限元软件对建立的超声振动系统分别进行模态分析和谐响应分析,获得了具有微织构特征的纵扭复合超声铣削系统。最后,对加工制造出的微织构纵扭复合超声铣削系统进行振动测试、切削力测试和加工测试,结果表明:工件表面形成的\"鱼鳞网纹\"微观织构能够改变其润湿性能。