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基于Mindlin板理论的用于谐振器设计的石英晶体板振动分析程序

基于Mindlin板理论的用于谐振器设计的石英晶体板振动分析程序

引用

2010全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：王骥陈玉梅阳丽君潘俏俏赵岷江浙江省宁波市江北区风华路818号宁波大学机械工程与力学学院压电器件技术实验室浙江省宁波市北仑区黄山西路189号台晶(宁波)电子有限公司

关于石英晶体谐振器设计的理论和方法已经得到了广泛的研究,其中应用最广的是Mindllin板理论。大量的研究都是针对具体问题进行的,但是目前还没有一个专门针对石英晶体谐振器设计的完整程序。本文介绍了基于Mindllin板理论的AT切石英晶... 详细信息

关于石英晶体谐振器设计的理论和方法已经得到了广泛的研究,其中应用最广的是Mindllin板理论。大量的研究都是针对具体问题进行的,但是目前还没有一个专门针对石英晶体谐振器设计的完整程序。本文介绍了基于Mindllin板理论的AT切石英晶体谐振器设计的一个程序,因为AT切是实际生产中使用最多的一种晶体切型。该程序包括根据已知的频率、电极厚度等参数来推算出石英晶体板的厚度、最佳的电极长度、最优的石英晶体板尺寸等,并将考虑把计算电路参数的程序也加进去。利用这一程序,我们还可以计算出色散关系图、频率谱图、温频曲线等,为石英晶体谐振器的设计提供参考和建议。这些分析计算可以给出主要的器件指标如模态、频率、温频关系等的影响,从而有利于设计参数的初步估计和最佳选择,减少设计中的盲目性和试验时间,为基于计算分析的设计流程奠定基础。

关键词：谐振器 Mindlin 板石英晶体软件

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有限元法与阻抗法分析压电激励下的弹性薄板

有限元法与阻抗法分析压电激励下的弹性薄板

引用

2010年全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：徐巍李国清尹潇然缪幸圆 430074 华中科技大学土木工程与力学学院力学系 430074 华中科技大学土木工程与力学学院力学系 430074 工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室

压电材料的阻抗作为一种便于测量且反映系统动力特性的物理量,对它的研究有重要的意义.本文从压电薄膜的动力学问题研究入手,尝试以理论解和有限元法结合,建立压电膜单元边界上输入作用与输出效应之间的联系.首先,根据压电板理论分析压... 详细信息

压电材料的阻抗作为一种便于测量且反映系统动力特性的物理量,对它的研究有重要的意义.本文从压电薄膜的动力学问题研究入手,尝试以理论解和有限元法结合,建立压电膜单元边界上输入作用与输出效应之间的联系.首先,根据压电板理论分析压电薄膜在简谐电压激励下的振动,得到一个5x5的阻抗矩阵,以它代表压电薄板的动力特性.然后,通过上述阻抗矩阵计算出压电薄膜产生的激励力和等效阻抗,并把此等效力施加到弹性板,进而建立包括压电阻抗的有限元模型,计算出压电激励下弹性板的动力学响应.以三种不同粘贴位置PVDF薄膜激励下弹性薄板作为数值算例,分别获得了系统动力学响应的有限元解和理论解.研究结果表明:本文给出的有限元结果和理论结果与其它方法的结果都相互吻合,从而说明所提出的模型和方法对分析压电激励薄板振动问题是十分有效的.文中还讨论了有限元法与阻抗法相结合的优点,此法尤其适用于多种不同结构形式和材料类型组成的智能板壳结构.

关键词：弹性薄板压电激励电阻抗法有限元法

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超声悬浮陀螺的试验研究

超声悬浮陀螺的试验研究

引用

2010全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：李繁陈超贾兵江苏省南京市白下区御道街29号南京航空航天大学航空宇航学院

超声近声场作用的悬浮技术相对其他悬浮方式有独特的优势,对被悬浮物体没有电磁学性质上的特殊要求,具有可观的悬浮和驱动力。本文提出了一种基于逆压电效应的超声悬浮陀螺,由压电陶瓷激发定子产生两相B04驻波,进而合成行波,此行波即为... 详细信息

超声近声场作用的悬浮技术相对其他悬浮方式有独特的优势,对被悬浮物体没有电磁学性质上的特殊要求,具有可观的悬浮和驱动力。本文提出了一种基于逆压电效应的超声悬浮陀螺,由压电陶瓷激发定子产生两相B04驻波,进而合成行波,此行波即为陀螺转子提供悬浮和驱动力。建立了超声悬浮陀螺的有限元模型,对陀螺定子进行了动力学分析与设计,确定了结构方案,并加工、制造了样机。通过试验得到了定子的振动参数、整个陀螺样机的悬浮和驱动特性,结果表明陀螺转子成功的实现了非接触旋转,由此初步验证了此方案的可行性。

关键词：压电效应动力学分析声悬浮声辐射压陀螺仪

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有限元法与阻抗法分析压电激励下的弹性薄板

有限元法与阻抗法分析压电激励下的弹性薄板

引用

2010全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：徐巍李国清尹潇然缪幸圆华中科技大学土木工程与力学学院力学系工程结构分析与安全评定湖北省重点实验室

压电材料的阻抗作为一种便于测量且反映系统动力特性的物理量,对它的研究有重要的意义。本文从压电薄膜的动力学问题研究入手,尝试以理论解和有限元法结合,建立压电膜单元边界上输入作用与输出效应之间的联系。首先,根据压电板理论分析... 详细信息

压电材料的阻抗作为一种便于测量且反映系统动力特性的物理量,对它的研究有重要的意义。本文从压电薄膜的动力学问题研究入手,尝试以理论解和有限元法结合,建立压电膜单元边界上输入作用与输出效应之间的联系。首先,根据压电板理论分析压电薄膜在简谐电压激励下的振动,得到一个5×5的阻抗矩阵,以它代表压电薄板的动力特性。然后,通过上述阻抗矩阵计算出压电薄膜产生的激励力和等效阻抗,并把此等效力施加到弹性板,进而建立包括压电阻抗的有限元模型,计算出压电激励下弹性板的动力学响应。以三种不同粘贴位置PVDF薄膜激励下弹性薄板作为数值算例,分别获得了系统动力学响应的有限元解和理论解。研究结果表明:本文给出的有限元结果和理论结果与其它方法的结果都相互吻合,从而说明所提出的模型和方法对分析压电激励薄板振动问题是十分有效的。文中还讨论了有限元法与阻抗法相结合的优点,此法尤其适用于多种不同结构形式和材料类型组成的智能板壳结构。

关键词：压电材料机械阻抗电阻抗有限元机电耦合

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基于压电阻抗技术的结构损伤模型实验研究

基于压电阻抗技术的结构损伤模型实验研究

引用

2010全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：蔡金标吴涛陈勇浙江省杭州市余杭塘路388号浙江大学土木工程学系上海市宛平南路75号上海市建筑科学研究院(集团)有限公司工程结构及机械技术事业部

利用压电阻抗(EMI)的结构健康监测技术,对工程结构中常见的梁杆构件进行了损伤模型实验研究。利用Agilent4294A精密阻抗分析仪,提取损伤前和损伤后不同频域范围内的电导纳信号进行分析。构件的损伤采用一定位置和深度的裂缝进行模拟,损... 详细信息

利用压电阻抗(EMI)的结构健康监测技术,对工程结构中常见的梁杆构件进行了损伤模型实验研究。利用Agilent4294A精密阻抗分析仪,提取损伤前和损伤后不同频域范围内的电导纳信号进行分析。构件的损伤采用一定位置和深度的裂缝进行模拟,损伤的程度采用裂缝数量的多少来模拟。实验结果表明:模型损伤发生后电导纳的模态峰值发生向左的偏移,不同频域内电导纳信号对于结构损伤的反应不同,一个合适的频域可以使电导纳信号能更好地判断结构是否发生了损伤。通过引入三种不同的损伤指标来研究如何定量地识别结构的损伤程度,经比较分析后认为,MAPD指标能较精确地识别结构的损伤程度。进一步通过多个压电片的合理分布及对其电导谱模态频率的偏移量的研究,能够较好地识别结构损伤的位置。本文的模型实验工作,为今后基于压电阻抗技术的结构损伤检测工程实践打好了良好的基础。

关键词：模型实验压电阻抗损伤识别

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偏场作用下厚度剪切振动压电板频率漂移的有限元分析

偏场作用下厚度剪切振动压电板频率漂移的有限元分析

引用

2010年全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：单兴业胡洪平薛欢胡元太 430074 华中科技大学力学系

本文基于叠加于有限偏场之上的小增量场理论,建立了关于在偏场作用下、以厚度剪切模式高频振动的双层压电板压力传感器的有限元模型,提出了偏场有限元方法.环境压力会在压电板的两端激起弯矩和轴力,这种弯矩和轴力将在压电板内引起偏场... 详细信息

本文基于叠加于有限偏场之上的小增量场理论,建立了关于在偏场作用下、以厚度剪切模式高频振动的双层压电板压力传感器的有限元模型,提出了偏场有限元方法.环境压力会在压电板的两端激起弯矩和轴力,这种弯矩和轴力将在压电板内引起偏场,且随着环境压力增大,板内偏场逐渐呈现非线性.为了求解这种非线性偏场,可以把弯矩和轴力划分为若干小的加载步骤:1)通过线性压电理论求解每一个加载步激起的偏场;2)由每一个加载步偏场修正每个单元的弹性系数、压电系数和介电系数;3)应用修正后的材料系数作为下一加载步计算的有效材料系数;4)重复以上过程,一直到最终偏场状态.在此基础上,可以更进一步运用偏场有限元法分析增量场,并得到模态和频率漂移.计算发现:当偏场较小时,偏场有限元结果与线性梁理论的分析结果一致,表明本文所提出的偏场有限元方法是正确的.而当环境压力超过某一特定值后,由于偏场非线性效应逐渐明显,因此,偏场有限元方法的结果与线性梁理论计算结果的差异增大到不能再被忽略.这时,必须由偏场有限元方法来分析压电结构的振动特性.

关键词：压电板频率漂移偏场理论有限元分析

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基于Cymbal结构的PMNT单晶压差矢量水听器

基于Cymbal结构的PMNT单晶压差矢量水听器

引用

2010年全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：尹义龙李俊宝邢建新夏金东吕可佳 100190 北京市海淀区北四环西路21号中国科学院声学研究所 100049 北京市石景山区玉泉路19号(甲)中国科学院研究生院 100190 北京市海淀区北四环西路21号中国科学院声学研究所

矢量水听器是一种能够测量水下质点振速、加速度或声压梯度的水声接收换能器.本文在Cymbal结构型换能器的基础上,用双压电陶瓷弯曲圆叠片作为Cymbal换能器的驱动元件,设计了一种小型压差矢量水听器,通过压电陶瓷叠片的反相串联实现声压... 详细信息

矢量水听器是一种能够测量水下质点振速、加速度或声压梯度的水声接收换能器.本文在Cymbal结构型换能器的基础上,用双压电陶瓷弯曲圆叠片作为Cymbal换能器的驱动元件,设计了一种小型压差矢量水听器,通过压电陶瓷叠片的反相串联实现声压梯度测量.压电陶瓷叠片的弯曲振动可以激发Cymbal换能器的偶极子振动形式,实现水听器的低频偶极子指向性.弛豫铁电单晶PMNT是一种具有优异压电性能的新型压电材料,其压电系数d31是压电陶瓷材料的6倍左右,将PMNT压电单晶应用于Cymbal压差矢量水听器,可以显著提高水听器的接收性能.本文研制了基于PMNT压电单晶和PZT-5压电陶瓷的Cymbal压差矢量水听器样品并进行性能仿真和实验对比.结果表明:PMNT单晶Cymbal压差矢量水听器具有较高的接收灵敏度和良好的偶极子指向性,比PZT-5压电陶瓷矢量水听器的接收灵敏度提高5dB左右.

关键词：水声工程矢量水听器 PMNT压电单晶性能仿真 Cymbal结构

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基于有限差分的双曲率压电层合薄壳的分布式传感信号分析

基于有限差分的双曲率压电层合薄壳的分布式传感信号分析

引用

2010全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：王雷任秉银邹鸿生岳洪浩黑龙江省哈尔滨市西大直街92号哈尔滨工业大学机电工程学院浙江省杭州市余杭塘路388号浙江大学航空航天学院

针对层合于双曲率弹性薄壳的成型式压电传感器的信号分析问题,提出一种求解等效压电振动传感信号的简化通用计算方法。利用有限差分理论将传感器离散划分为多个子区域,位于压电传感器内部和边界的差分节点对应的子区域具有不同的有效区... 详细信息

针对层合于双曲率弹性薄壳的成型式压电传感器的信号分析问题,提出一种求解等效压电振动传感信号的简化通用计算方法。利用有限差分理论将传感器离散划分为多个子区域,位于压电传感器内部和边界的差分节点对应的子区域具有不同的有效区域面积。传感信号受这些有效区域面积、节点位移和壳的几何参数(拉梅系数和弯曲半径)影响,将传感信号偏微分方程转化为广义的有限差分方程。以欧拉伯努利悬臂梁及四边简支板上布置压电传感器为算例,分析其有限差分传感信号的简化解析式。该方法对通用双曲率薄壳具有几何兼容性,适用于任意形状的压电传感器输出信号分析。

关键词：有限差分法双曲率弹性薄壳成型式传感器传感信号分析

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开孔率对氟聚合物压电驻极体性能的影响

开孔率对氟聚合物压电驻极体性能的影响

引用

2010全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：娄可行张晓青曹功勋孙转兰夏钟福同济大学物理系上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室

利用模板冷压、高温热粘合工艺制备出了具有不同开孔率的有序微结构多孔聚四氟乙烯-氟化乙丙烯共聚物（PTFE-FEP）复合膜,分别通过室温恒压电晕法和接触法对复合膜进行极化,使其成为压电驻极体。采用SEM技术、介电谱、铁电分析、准静态... 详细信息

利用模板冷压、高温热粘合工艺制备出了具有不同开孔率的有序微结构多孔聚四氟乙烯-氟化乙丙烯共聚物（PTFE-FEP）复合膜,分别通过室温恒压电晕法和接触法对复合膜进行极化,使其成为压电驻极体。采用SEM技术、介电谱、铁电分析、准静态d以及时域谱测量等表征方法,分别对材料的微观结构、机械性能、压电性以及粘弹性行为进行了研究。结果表明,极化电压对复合膜的压电活性有很大的影响,有效开孔率为0%,25%和44%的复合膜压电驻极体获得压电活性的电压阈值分别为-4000V,-3000V和-2000V,在阈值电压以上,复合膜中空间电荷密度和准静态d随着极化电压的增大显著增强。有效开孔率为0%,25%和44%的复合膜压电驻极体的反谐振频率分别在104 kHz,119 kHz和132 kHz附近,杨氏模量分别为0.9 MPa,0.58 MPa和0.53Mpa,面电荷密度分别为0.009μC/cm,0.029μC/cm和0.046μC/cm。说明随着有效开孔率的增加,复合膜的杨氏模量逐渐降低,面电荷密度逐渐升高。压电响应的时域谱表明复合膜具有粘弹性行为。开孔率较高的压电驻极体表现突出的压电性,这可能是源于样品较高的面电荷密度和较低的杨氏模量。

关键词：压电驻极体有序微结构开孔率压电性

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开孔率对氟聚合物压电驻极体性能的影响

开孔率对氟聚合物压电驻极体性能的影响

引用

2010年全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：娄可行张晓青曹功勋孙转兰夏钟福同济大学物理系上海市特殊人工微结构材料与技术重点实验室

利用模板冷压、高温热粘合工艺制备出了具有不同开孔率的有序微结构多孔聚四氟乙烯·氟化乙丙烯共聚物(PTFE-FEP)复合膜,分别通过室温恒压电晕法和接触法对复合膜进行极化,使其成为压电驻极体.采用SEM技术、介电谱、铁电分析、准静... 详细信息

利用模板冷压、高温热粘合工艺制备出了具有不同开孔率的有序微结构多孔聚四氟乙烯·氟化乙丙烯共聚物(PTFE-FEP)复合膜,分别通过室温恒压电晕法和接触法对复合膜进行极化,使其成为压电驻极体.采用SEM技术、介电谱、铁电分析、准静态d33以及时域谱测量等表征方法,分别对材料的微观结构、机械性能、压电性以及粘弹性行为进行了研究.结果表明,极化电压对复合膜的压电活性有很大的影响,有效开孔率为0％,25％和44％的复合膜压电驻极体获得压电活性的电压阈值分别为-4000V,-3000V和-2000V,在阈值电压以上,复合膜中空间电荷密度和准静态d33随着极化电压的增大显著增强.有效开孔率为0％,25％和44％的复合膜压电驻极体的反谐振频率分别在104kHz,1191Hz和132kHz附近,杨氏模量分别为0.9MPa,0.58MPa和0.53Mpa,面电荷密度分别为0.009μC/cm2,0.029μC/cm2和0.046μC/cm2.说明随着有效开孔率的增加,复合膜的杨氏模量逐渐降低,面电荷密度逐渐升高.压电响应的时域谱表明复合膜具有粘弹性行为.开孔率较高的压电驻极体表现突出的压电性,这可能是源于样品较高的面电荷密度和较低的杨氏模量.

关键词：氟聚合物压电驻极体压电性能开孔率有序微结构

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