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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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压电俘能器整流界面两端非线性耦合作用实验研究

压电俘能器整流界面两端非线性耦合作用实验研究

引用

2010全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：胡洪平王海仁薛欢蒋树农胡元太湖北省武汉市珞喻路1037号华中科技大学力学系中南大学土木建筑学院力学与传感技术研究所

本文建立了压电俘能器的实验模型,该模型由压电俘能单元、储能单元及将两者连接起来的全桥整流器组成。压电俘能单元输出电压小于储能单元电压时为开路,否则为闭路。串联有电感线圈的同步开关(SSHI)引入压电俘能单元,和压电俘能结构并联... 详细信息

本文建立了压电俘能器的实验模型,该模型由压电俘能单元、储能单元及将两者连接起来的全桥整流器组成。压电俘能单元输出电压小于储能单元电压时为开路,否则为闭路。串联有电感线圈的同步开关(SSHI)引入压电俘能单元,和压电俘能结构并联,在闭路到开路的瞬间,即俘能结构在极限位置处闭合,压电结构输出电极上的电荷进行交换,实现输出电压发生反转。信号发生器产生一定频率的电压信号驱动激振器产生振动,并将该振动作用在压电俘能结构上。应用速度零点捕捉方法实现了压电结构极限位置的捕捉,利用单片机技术控制了SSHI开关的同步闭合,延时断开。由实验结果可知:实验实现了SSHI过程,存在最优的整流电压使压电俘能器输出功率最大。

关键词：压电俘能器 SSHI 功率测量

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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年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 310058 浙江省杭州市余杭塘路388号浙江大学土木工程学系 200032 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,损伤... 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：建筑结构损伤识别模型实验压电阻抗技术

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压电层合结构的子域配点法

压电层合结构的子域配点法

引用

2010全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：袁学帅陈富军姚林泉苏州大学数学科学学院苏州大学城市轨道交通学院

基于径向基函数近似的配点法是无网格方法中常用的主要方法之一,它具有实现简单和指数收敛性等优点,在解决偏微分方程边值问题中已得到了广泛应用。在一般情况下,认为在需要解决的问题域内是具有同一种材料(均匀性),对于多种材料组合问... 详细信息

基于径向基函数近似的配点法是无网格方法中常用的主要方法之一,它具有实现简单和指数收敛性等优点,在解决偏微分方程边值问题中已得到了广泛应用。在一般情况下,认为在需要解决的问题域内是具有同一种材料(均匀性),对于多种材料组合问题,材料的非连续性需要特殊处理。由于压电结构通常由压电材料与基体材料层合而成,在处理力-电耦合的层合压电结构时,各层之间的材料属性不同而破坏了问题域内材料的连续性。从而,在利用光滑和全局的径向基函数解决这类问题时常常会遇到困难。本文采用完全耦合算法,将问题区域根据材料属性划分成子区域,导出压电层合结构的子区域配点法。在子域的交界面上分别施加力电连续性条件和相容性条件,增强了数值解的精确性和稳定性。通过对压电双晶和单晶梁的数值算例验证了该方法的有效性和精度。

关键词：层合压电结构径向基函数近似子域配点法无网格法

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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,我们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：压电板偏场理论偏场有限元 ANSYS

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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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钙钛矿型铁电陶瓷的电致疲劳本构理论研究

钙钛矿型铁电陶瓷的电致疲劳本构理论研究

引用

2010年全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：周志东杨凤娟柳听前张颖蒋泉张春祖 361005 厦门大学材料学院材料科学与工程系 226019 南通大学建筑工程学院 361005 厦门大学建筑与土木工程学院土木工程系

铁电陶瓷材料的电畴在外场作用下反复翻转引起的材料结构变化,是导致铁电材料性能衰变和破坏的原因,也是阻碍铁电陶瓷材料应用于各种传感器和执行器的主要因素.本文在XRD原位观测电疲劳过程中电畴变化的研究基础上,结合单轴宏观铁电本... 详细信息

铁电陶瓷材料的电畴在外场作用下反复翻转引起的材料结构变化,是导致铁电材料性能衰变和破坏的原因,也是阻碍铁电陶瓷材料应用于各种传感器和执行器的主要因素.本文在XRD原位观测电疲劳过程中电畴变化的研究基础上,结合单轴宏观铁电本构模型,提出了一个能够模拟钙钛矿型铁电陶瓷在循环电载荷作用下的电滞回线和蝶形曲线的疲劳本构模型.考虑在循环电载荷作用下,电极电荷注入引起部分电畴的钉扎,降低了电畴的翻转能力,同时可移动界面层重新激活部分已钉扎的电畴翻转等影响因素,通过数值模拟给出了XRD实验观测的疲劳剩余极化与各类电畴翻转比,正反铁电相比之间的相互关系.本文模拟了极化与未极化钙钛矿型铁电陶瓷的电滞回线和应变曲线,其结果与实验测试吻合较好.本文提出的电疲劳本构模型适用于研究铁电薄膜的电致疲劳特性.

关键词：钙钛矿型铁电陶瓷电致疲劳本构模型电畴翻转

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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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箱型梁波动弥散特性的回传射线矩阵分析

箱型梁波动弥散特性的回传射线矩阵分析

引用

2010全国压电和声波理论及器件技术研讨会

作者：蒋吉清叶贵如陈伟球浙江省杭州市余杭塘路388号浙江大学土木工程学系浙江省杭州市38号浙江大学航空航天学院应用力学系

本文基于折板理论建立箱梁的弹性分析模型,同时考虑板的拉伸和弯曲运动,并采用回传射线矩阵法分析弹性波在无限长箱梁中的弥散特性。假设箱梁由多块薄板拼接而成,对每块薄板引入一对局部对偶坐标系,求解局部坐标系下无限长薄板的基本行... 详细信息

本文基于折板理论建立箱梁的弹性分析模型,同时考虑板的拉伸和弯曲运动,并采用回传射线矩阵法分析弹性波在无限长箱梁中的弥散特性。假设箱梁由多块薄板拼接而成,对每块薄板引入一对局部对偶坐标系,求解局部坐标系下无限长薄板的基本行波解。根据薄板连接处的位移协调条件和力平衡条件建立箱梁的散射关系,同时,根据对偶局部坐标系的内在联系得到结构相位关系,最后推导出回传射线矩阵以及箱梁中波传播的特征方程,并以此求解结构的弥散曲线。本文的分析有助于了解箱梁结构的动力特性,为瞬态响应计算奠定基础。此外,由于所采用的回传射线矩阵法具有列式统一、数值计算稳定等优点,可推广用于任意拼接形式的薄板组合结构动力特性分析。

关键词：箱梁薄板回传射线矩阵法弹性波弥散曲线

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