检索结果-内蒙古大学图书馆

声学学报 2004年第3期29卷 258-261页

作者：张凯周铁英王欢袁世明郭钊姜开利白桂珍清华大学物理系

介绍了一种超声波微电机的设计研制工作。这种基于压电柱弯曲振动模态的超声波微电机,其直径仅有1 mm细,长约5 mm,重量仅有36 mg。它是采用压电柱作为定子,在压电柱的表面均匀分割出四个电极,进行极化和施加驱动电压。详细介绍了极化方... 详细信息

介绍了一种超声波微电机的设计研制工作。这种基于压电柱弯曲振动模态的超声波微电机,其直径仅有1 mm细,长约5 mm,重量仅有36 mg。它是采用压电柱作为定子,在压电柱的表面均匀分割出四个电极,进行极化和施加驱动电压。详细介绍了极化方式的选择,电极间隔的优化设计以及对原型样机的性能测试。实验表明,该电机能承受350Vpp的驱动电压,获得1800 rpm的转速和4 μNm的堵转力炬。此外,这种电机具有明显的微型化优势,根据现有工艺还可使电机直径减小到0.5 mm左右。

关键词：压电柱式超声微电机弯曲振动模态驱动电压极化方式电极间隔堵转力炬逆压电效应

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基于消除线性滑动的杆状超声电机研究

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中国机械工程 2013年第24期24卷 3309-3313页

作者：董迎晖唐茜翟华赵韩合肥工业大学合肥230009

研究了外圆面质点线性滑动及振幅分布对提高杆状弯曲振动超声电机驱动效率的影响。系统分析了质点的有效椭圆运动及线性滑动的特点,得出杆状弯曲振动超声电机定子的外圆面中点无线性滑动的结论;采用有限元分析方法分析定子表面质点有效... 详细信息

研究了外圆面质点线性滑动及振幅分布对提高杆状弯曲振动超声电机驱动效率的影响。系统分析了质点的有效椭圆运动及线性滑动的特点,得出杆状弯曲振动超声电机定子的外圆面中点无线性滑动的结论;采用有限元分析方法分析定子表面质点有效椭圆运动振幅分布与其几何参数之间的关系,并据此对定子进行了参数优化,使定子振幅相对集中在中点位置,以提高电机效率。研究结果为采用中点驱动模式电机的设计提供了理论依据。

关键词：超声电机弯曲振动模态有效椭圆运动线性滑动

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长波天线用磁电复合材料设计与制备

长波天线用磁电复合材料设计与制备

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作者：游浩然南京理工大学

学位级别：硕士

随着电子器件小型化、多功能化、集成化的发展,无线通讯设备同样面临着尺寸缩减的需求,而传统天线的小型化问题仍受到电磁波波长的制约,亟需寻找一种尺寸小、辐射效率高的替代方案。磁电复合材料作为一种多铁性材料,在磁-力-电多物理场... 详细信息

随着电子器件小型化、多功能化、集成化的发展,无线通讯设备同样面临着尺寸缩减的需求,而传统天线的小型化问题仍受到电磁波波长的制约,亟需寻找一种尺寸小、辐射效率高的替代方案。磁电复合材料作为一种多铁性材料,在磁-力-电多物理场耦合上存在优势,有望应用于传感器、能量收集、信息存储、射频天线等器件。磁电天线属于机械天线的范畴,利用电偶极子和磁偶极子振荡对外辐射电磁场,已引起了国内外知名高校和研究机构的广泛关注,如何实现低频化是磁电天线迈向实际应用场景的关键科学问题。本论文选择软磁合金Metglas作为磁致伸缩相,PZT陶瓷作为压电相,首先建立了磁电天线理论模型,并且设计制备了一种基于L-T结构的PZT/Metglas双层磁电复合材料,主要工作如下: 1.采用经典的梁理论对磁电复合材料的弯曲振动模态进行分析。利用磁致伸缩材料的一维磁-弹本构方程和压电材料的本构方程,及复合材料的等效电路模型,推导出了该双层磁电复合材料正磁电系数和逆磁电系数表达式。利用解析模型,对磁电复合材料的弯曲谐振频率、响应进行了理论分析。根据弹性力学,推导了磁电复合材料在弯曲振动模态下中性面的坐标位置、准静态下正磁电系数表达式及准静态下逆磁电系数表达式。同时,对该磁电复合材料进行了COMSOL有限元仿真。在最佳偏置磁场的基础上,施加小信号的交变磁场/交变电场于磁电复合材料,获得样品在正磁电效应/逆磁电效应的响应,获得该磁电复合材料正磁电系数频谱和逆磁电系数频谱。对各阶谐振频率的应变、位移进行调查,发现复合材料在一阶谐振频率下存在最大的位移、应变,对应更佳的磁电响应输出。 2.在解析模型和有限元仿真的指导下,制备磁电复合材料,对磁电复合材料的性能进行测试表征。在最佳偏置磁场Hdc=12 Oe下,复合材料提供最高的磁电响应输出。一阶弯曲谐振频率330 Hz下,磁电复合材料的正磁电系数αQ可达50 n C/Oe,逆磁电系数αCME可达0.001 Oe·cm/V。磁电复合材料作为接收端的磁传感器,其探测极限可以达到0.5 n T。发射天线在最佳工作电压70 V下,1 f T大小磁通最远的预计辐射距离为60-100米。等长双层样品的等效磁偶极矩为0.0044-0.0067 A·m2。另一方面,构建了一种非等长的双层磁电复合材料并对其磁电响应进行有限元分析,对该样品的天线性能进行测试分析。该复合材料其弯曲一阶谐振频率可达49.8 Hz,处于极低频的范畴,正磁电系数αQ可达500 n C/Oe,逆磁电系数αCM E可达0.005 Oe·cm/V。该复合样品在1 m的距离内能够产生3.75 n T的磁通大小,并在磁通大小为1 f T下预测最远可辐射超500米的距离,其等效磁矩为0.0176 A·m2,展现出更佳的性能。综上所述,本论文系统地研究了等长双层磁电复合材料的响应模型,深入探讨了弯曲振动模态在磁电天线发射工作中的性能。为磁电天线实现低频化、小型化提供了有效的解决方案。

关键词：磁电复合材料弯曲振动模态磁电效应磁电天线

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新型杆状超声电机优化设计研究

新型杆状超声电机优化设计研究

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作者：唐茜合肥工业大学

学位级别：硕士

论文从提高超声电机效率的角度出发,提出了一种新型的中点驱动的杆状弯曲行波型超声电机。基于杆状弯曲超声电机能量损耗的主要原因分析,提出了以中点驱动的新型超声电机设计方案。基于此设计方案对中点驱动的杆状弯曲行波型超声电机定... 详细信息

论文从提高超声电机效率的角度出发,提出了一种新型的中点驱动的杆状弯曲行波型超声电机。基于杆状弯曲超声电机能量损耗的主要原因分析,提出了以中点驱动的新型超声电机设计方案。基于此设计方案对中点驱动的杆状弯曲行波型超声电机定子进行优化设计：首先采用HyperWorks进行动力学拓扑优化,对定子拓扑形状进行概念性设计；然后基于拓扑优化形状和机械结构要求,用ANSYS软件对定子进行参数化建模,进行尺寸参数优化设计。研究结果使输出点的频率响应幅值大幅度增加,提高了电机的输出效率。建立了杆状弯曲型超声电机数学模型,研究定子外圆面质点椭圆运动的特点,将质点椭圆运动分解为效椭圆运动及线性滑动,得到外圆面中点无线性滑动的结论；采用有限元分析软件HyperWorks对定子进行了基于动力学响应的三维拓扑优化分析,得到了电机定子的拓扑优化模型,并对拓扑优化后的模型进行频率响应分析验证,中点振幅大幅度提高；采用ANSYS软件,对定子进行谐响应分析,研究了定子尺寸参数对与定子表面质点振幅的关系,根据中点增加中点振幅同时减小端点振幅的目标进行了参数优化,确定了一组能提高输出点振幅的定子形状与尺寸参数;最后,对采用中点驱动的超声电机进行了整体机械结构设计。

关键词：超声电机弯曲振动模态线性滑动拓扑优化

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基于冲击回波的混凝土桥面板分层缺陷检测方法研究

基于冲击回波的混凝土桥面板分层缺陷检测方法研究

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作者：赵盛杰大连理工大学

学位级别：硕士

长期服役混凝土桥梁的桥面板中因钢筋锈胀导致混凝土开裂进而发展成的分层缺陷是最为重要的病害形式之一。冲击回波法被认为是针对混凝土桥面板分层缺陷检测最有效的手段。然而,当前冲击回波法面临以下挑战及急切需求:在实际检测中很难... 详细信息

长期服役混凝土桥梁的桥面板中因钢筋锈胀导致混凝土开裂进而发展成的分层缺陷是最为重要的病害形式之一。冲击回波法被认为是针对混凝土桥面板分层缺陷检测最有效的手段。然而,当前冲击回波法面临以下挑战及急切需求:在实际检测中很难检测到底面钢筋锈蚀导致的深分层缺陷;实际检测对快速、自动化的检测平台有急切需求,已成为冲击回波法的发展趋势。为此,本文针对性的进行了以下工作并得到了以下结论:(1)现有实际检测通常激发深分层缺陷的厚度模态以识别缺陷。然而,深分层缺陷通常难以激发高能量的厚度模态共振;相反,学者发现深分层缺陷的弯曲模态容易激发,可能成为解决深分层缺陷检测困难的关键。然而,现有对于分层缺陷弯曲振动的理论模型及理论解释仅适用于顶面钢筋锈胀导致的浅分层缺陷,本文基于中厚板理论提出了适用于浅分层及深分层缺陷弯曲振动的理论模型,为分层缺陷的弯曲振动现象提供了理论基础及理论解释,可用于指导实际检测。提出了适用于计算宽深比大于2、任意长宽比分层缺陷弯曲振动频率的实用计算解,与文献中在实验室人工模拟分层缺陷并执行冲击回波法测得的分层缺陷弯曲振动频率对比结果表明,实用计算解精度良好。(2)冲击回波方法实现检测的决定性因素取决于冲击源能否激发出缺陷结构高能量的共振模态,冲击源特性的设计至关重要。现有的冲击源特性设计方法针对激发厚度模态,仅给出经验化的设计范围且要求检测人员对当地常见分层缺陷工况有丰富的经验。当前还没有关于冲击源特性对激发分层缺陷弯曲模态共振的影响研究。本文研究了冲击源特性对激发弯曲模态响应的影响,提出了针对绝大部分常见分层缺陷工况适用而不需要依靠检测人员经验的“最大共振幅值”冲击源特性设计准则,建立了冲击源特性与分层缺陷弯曲振动响应频谱幅值之间的量化关系。(3)冲击源是实现快速、自动化检测平台的关键点。本文梳理总结了现有冲击源及检测平台并进行了对比分析。针对现有冲击源检测精准度与检测速度不能兼得的局限,本文设计开发了旋转往复冲击源并设计配套的气固耦合传感、响应信号处理方法以组成快速检测平台。旋转往复冲击源能快速前进同时产生密集、高能量的冲击,提升检测速度同时提高了对分层缺陷的检测精准度且适应路面碎石、坑洼等恶劣路况。在实验室中搭建了含有人工模拟分层缺陷的混凝土桥面板检验快速检测平台的检测效果,结果表明旋转往复冲击源有快于使用锤击辨音测试的速度、优于手持带柄钢球冲击回波测试的精准度。

关键词：冲击回波法分层缺陷弯曲振动模态快速无损检测

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面向控制力矩陀螺框架的谐振式压电驱动器的研究

面向控制力矩陀螺框架的谐振式压电驱动器的研究

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作者：高岳鑫哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

随着航天航空事业的飞速发展,人们对航天器在太空环境中姿态调节的要求也越来越高。在航天器的姿态控制系统中一般采用控制力矩陀螺(简称CMG)作为主要的执行机构。现阶段由于我国航天器种类和数量的持续高速增长,需要这种执行机构的可... 详细信息

随着航天航空事业的飞速发展,人们对航天器在太空环境中姿态调节的要求也越来越高。在航天器的姿态控制系统中一般采用控制力矩陀螺(简称CMG)作为主要的执行机构。现阶段由于我国航天器种类和数量的持续高速增长,需要这种执行机构的可靠性等方面性能达到较高要求。航天器上的控制力矩陀螺普遍采用传统的电磁电机加减速器结构来实现驱动,这种驱动方式具有结构复杂、重量大、精度低等不足;此外,在极低温度或者宇宙射线的作用下,这种驱动机构的部件经常会失效。因此,现阶段亟需发展新的驱动方式来克服上述瓶颈问题。目前,压电驱动器作为一种新型的驱动元件,具有低速大力矩输出、无电磁干扰、较高的功率密度、响应速度快、耐低温性能好、断电自动实现锁定、无需润滑和构型灵活等突出优点,可以尝试应用于控制力矩陀螺的驱动系统中。根据以上原因,本文研究了一种针对小型卫星控制力矩陀螺框架的谐振式压电驱动器,与现有的一些控制力矩陀螺框架驱动结构相比,其构型更加紧凑,减少了框架的整体尺寸和重量,同时它还具备压电驱动机构的各项突出优点。本文首先初步设计了一种控制力矩陀螺框架结构,并对其简要作了分析,指出其核心元件为一种两端驱动方向相反的压电驱动器。根据压电驱动器所需实现的这种功能,规划出其基本构型,并完成致动原理分析,从理论上证明其可行性;针对所提出的新构型,通过模态分析和灵敏度分析进行结构优化设计和最终尺寸参数的确定;通过瞬态分析研究其驱动足表面质点的运动轨迹和位移参数。在此基础上,研制了压电驱动器的最终物理样机,根据阻抗分析结果完成了阻抗匹配设计。设计了测试装置对样机完成各项性能测试工作。基于已完成的压电驱动器物理样机,设计并加工完成一种控制力矩陀螺框架机构,控制力矩陀螺直径为120mm。对此机构进行了实验,在对压电驱动器施加电压为100V,频率为23.8k Hz,相位差为90°的两相交流激励信号时,控制力矩陀螺的空载转速达到102r/min;当压电驱动器输出转速为3.6r/min时,其输出力矩为2.964N·m。

关键词：压电驱动器控制力矩陀螺弯曲振动模态夹心式结构

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一种超声波振动模态转换方法及大尺寸超声波塑料环焊系统

一种超声波振动模态转换方法及大尺寸超声波塑料环焊系统

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作者：林书玉 710119 陕西省西安市长安区西长安街620号陕西师范大学长安校区

本发明公开了一种超声波振动模态转换方法，利用纵向振动－弯曲振动－纵向振动的振动模态相互转换原理，包括以下步骤：步骤一、将纵向振动模态的超声波转换为弯曲振动模态的超声波；步骤二、将金属圆环焊头固定于盘形纵弯振动变换器弯... 详细信息

标准号: CN106827554A

本发明公开了一种超声波振动模态转换方法，利用纵向振动－弯曲振动－纵向振动的振动模态相互转换原理，包括以下步骤：步骤一、将纵向振动模态的超声波转换为弯曲振动模态的超声波；步骤二、将金属圆环焊头固定于盘形纵弯振动变换器弯曲振动模态的振动波幅位置，使该金属圆环焊头工作于纵向振动模态。本发明还公开了一种大尺寸超声波塑料环焊系统，该系统用于实现超声波振动模态转换以及大尺寸塑料焊件的超声波焊接。本发明扩大了传统的超声波塑料焊接系统的应用范围，降低了生产成本，提高了传统的超声波塑料焊接系统的工作效率。

关键词：超声波塑料焊接超声波振动模弯曲振动模态纵向振动模态金属圆环纵向振动超声波传统的态转换焊头超声波焊接超声波塑料大尺寸塑料振动变换器工作效率弯曲振动振动波幅振动模态转换焊件盘形纵弯生产成本应用

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双振动模态驱动的压电陶瓷超声波电机小波差动控制方法

双振动模态驱动的压电陶瓷超声波电机小波差动控制方法

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作者：徐从裕余晓芬范伟 230009 安徽省合肥市屯溪路193号

双振动模态驱动的压电陶瓷超声波电机小波差动控制方法，其特征是提供39.6KHz频率的由N个周期组成的小波电压，至少有一个周期的波形峰值大于死区电压值，以小波电压为一个驱动元，改变小波电压输出速率以控制滑块的运动速度；将小波电... 详细信息

标准号: CN100546165C

双振动模态驱动的压电陶瓷超声波电机小波差动控制方法，其特征是提供39.6KHz频率的由N个周期组成的小波电压，至少有一个周期的波形峰值大于死区电压值，以小波电压为一个驱动元，改变小波电压输出速率以控制滑块的运动速度；将小波电压分两路以差动方式同时加到压电陶瓷超声波电机两组电极上，控制两组电极上的电压差值以控制一阶弯曲振动模态的幅度，从而改变驱动头的椭圆形运动轨迹。本发明方法应用于工作台的纳米级定位驱动控制，可任意降低滑块的运动速度，并能提高滑块的单步定位精度。

关键词：小波滑块电压压电陶瓷超声波运动速度电极电机椭圆形运动轨迹弯曲振动模态纳米级定位波形峰值差动方式电压差值电压输出定位精度驱动控制死区电压振动模态驱动头工作台差动单步大于

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基于空耦超声激励的微结构模态频率温度特性研究

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国外电子测量技术 2024年第6期43卷 127-133页

作者：佘东生于震田江平渤海大学控制科学与工程学院锦州121013 大连理工大学能源与动力学院大连116024

为了研究微悬臂结构弯曲振动模态频率的温度特性,首先针对各向异性材料的等截面矩形微悬臂结构建立了其各阶模态频率温度系数的理论模型;然后搭建了包括激光测振单元、空耦超声激励单元和温度控制单元的非接触式微结构动态特性测试系统... 详细信息

为了研究微悬臂结构弯曲振动模态频率的温度特性,首先针对各向异性材料的等截面矩形微悬臂结构建立了其各阶模态频率温度系数的理论模型;然后搭建了包括激光测振单元、空耦超声激励单元和温度控制单元的非接触式微结构动态特性测试系统;最后利用所搭建的测试系统分别对等截面矩形单晶硅微悬臂梁在室温~300℃时的动态特性进行了测试,获得了微悬臂梁前三阶弯曲振动模态频率随温度的变化规律和频率温度系数。研究结果表明,单晶硅微悬臂梁前三阶弯曲振动模态频率随着温度的升高而呈近似线性的减小,并且微悬臂梁前三阶弯曲振动模态具有几乎相同的频率温度系数,其中一阶模态频率的温度系数为-2.18×10-5/℃,二阶模态频率的温度系数为-1.91×10^(-5)/℃,三阶模态频率的温度系数为-2.01×10^(-5)/℃,前三阶模态频率温度系数的测试结果与理论模型预测值的偏差分别3×10^(-7)/℃,3×10^(-6)/℃和2×10^(-6)/℃。

关键词：空耦超声激励微结构频率温度系数弯曲振动模态

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双激励压电复合棒换能器中间质量块研究

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声学技术 2013年第S1期32卷 273-274页

作者：李志强李英明莫喜平潘耀宗中国科学院声学研究所北京100190 中国科学院大学北京100190

0引言压电陶瓷复合棒换能器具有结构简易、工作模式简单、电声效率高、发射功率大、耐受压力大等优点而广泛应用于水声领域。由于其机械品质因数Q值一般较高,单模工作带宽窄,因此近年来人们多致力于采用多模耦合的工作方式来提高其带宽... 详细信息

0引言压电陶瓷复合棒换能器具有结构简易、工作模式简单、电声效率高、发射功率大、耐受压力大等优点而广泛应用于水声领域。由于其机械品质因数Q值一般较高,单模工作带宽窄,因此近年来人们多致力于采用多模耦合的工作方式来提高其带宽,其中采用双激励的工作方式已被证实为有效的技术途径之一[1][2]。相对于单激励换能器。

关键词：质量块机械品质因数陶瓷复合发射功率工作方式单模工作模耦合弯曲振动模态 transducer 电压响应

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