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基于分布式压电片的圆柱壳结构振动功率流主动控制研究

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船舶力学 2010年第1期14卷 157-167页

作者：金全洲李天匀赵耀刘敬喜华中科技大学交通学院武汉430074

对基于压电片作用的圆柱壳结构振动功率流主动控制进行了研究,原始激励假设为周向余弦分布线力形式,使用压电片作为控制激振器。以输入壳体的总功率流为控制目标函数,利用导纳函数将其表示成外加电压的二次型函数形式求解最优控制电压... 详细信息

对基于压电片作用的圆柱壳结构振动功率流主动控制进行了研究,原始激励假设为周向余弦分布线力形式,使用压电片作为控制激振器。以输入壳体的总功率流为控制目标函数,利用导纳函数将其表示成外加电压的二次型函数形式求解最优控制电压。通过计算分析发现,压电片与原始激励间的轴向距离及压电片周向粘贴位置,都会对控制后输入壳体的总功率流产生较大影响,且影响形式不同。

关键词：圆柱壳振动功率流主动控制压电片

悬臂梁能量回收装置压电片位置与尺寸优化研究

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压电与声光 2016年第2期38卷 235-240,245页

作者：卫海霞王宏涛南京航空航天大学机电学院江苏南京210016

研究了悬臂梁式压电振动能量回收装置压电片贴片位置和尺寸优化问题。首先分析推导出了应变方程、开路电压方程和压电能量方程,然后提出了运用开路电压和压电能量方程得到压电片的最优贴片位置和最优尺寸的优化方法,最后运用提出的优化... 详细信息

研究了悬臂梁式压电振动能量回收装置压电片贴片位置和尺寸优化问题。首先分析推导出了应变方程、开路电压方程和压电能量方程,然后提出了运用开路电压和压电能量方程得到压电片的最优贴片位置和最优尺寸的优化方法,最后运用提出的优化方法通过理论计算得到了一、二阶模态下压电片最优贴片位置及最优尺寸,并运用abaqus软件进行了仿真分析。结果表明,理论计算与仿真分析结果基本吻合,一、二阶模态下压电片最优位置分别为梁的根部和中部,最优尺寸均约为梁长的一半。说明提出的压电片位置和尺寸优化方法是正确有效的。

关键词：振动能量回收压电悬臂梁压电片位置和尺寸优化仿真分析

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一种基于压电片的能量转换装置及其优化设计

压电与声光 2018年第2期40卷 300-303页

作者：郭晓莹李茂军李琛长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410004

为完成环境能量向电能的转化,设计了一种利用压电元件转化环境能量的能量转换装置。该装置利用风力驱动悬梁臂式压力发电组件旋转,同时使压电片振动而产生电能。依据压电材料的基本理论建立了装置的输出模型,并采用基于状态空间模型的... 详细信息

为完成环境能量向电能的转化,设计了一种利用压电元件转化环境能量的能量转换装置。该装置利用风力驱动悬梁臂式压力发电组件旋转,同时使压电片振动而产生电能。依据压电材料的基本理论建立了装置的输出模型,并采用基于状态空间模型的进化算法对装置进行优化设计。开展了能量转换装置的实验测试,实验结果表明,该装置可高效地完成环境能量向电能的转化。本装置的设计为清洁环境能源的收集提供了新方法,也指出了振动能量采集装置的研究前景。

关键词：压电片风能发电装置能量回收压电效应

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基于压电片的风力发电装置及其自动迎风研究

压电与声光 2017年第3期39卷 467-471页

作者：龙军李茂军长沙理工大学电气与信息工程学院湖南长沙410004

根据压电材料的压电效应,设计了一种利用压电片将风能转换为电能,且能自动迎风的风向标式风压发电装置。建立了该装置的数学模型,基于力矩分析,导出了其满足自动迎风要求的参数关系式。装置利用风力吹动压电片震荡,通过能量收集电路收... 详细信息

根据压电材料的压电效应,设计了一种利用压电片将风能转换为电能,且能自动迎风的风向标式风压发电装置。建立了该装置的数学模型,基于力矩分析,导出了其满足自动迎风要求的参数关系式。装置利用风力吹动压电片震荡,通过能量收集电路收集压电片产生的电能供负载使用。通过对整个装置进行力矩分析及系统稳定性研究表明,该装置在任意风向情况下能自动迎风稳定运行,可满足路灯等小功率负载的供电要求。

关键词：压电效应压电片发电装置风能自动迎风

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梁板结构埋入压电片的深度和厚度优化研究

应用力学学报 2003年第3期20卷 122-126页

作者：吴克恭葛森闫云聚姜节胜西北工业大学西安710072 中国飞机结构强度研究所西安710065

根据梁的弯曲变形理论 ,以及压电材料的压电效应 ,对压电复合材料梁结构的应变和应力状态进行了分析。推导了压电材料埋入梁结构时其埋入深度和压电材料本身厚度的优化目标函数。根据优化目标函数 ,绘制出了在给定的基体材料和压电材料... 详细信息

根据梁的弯曲变形理论 ,以及压电材料的压电效应 ,对压电复合材料梁结构的应变和应力状态进行了分析。推导了压电材料埋入梁结构时其埋入深度和压电材料本身厚度的优化目标函数。根据优化目标函数 ,绘制出了在给定的基体材料和压电材料弹性模量比之下 ,压电材料的驱动力矩随埋入深度和压电材料厚度变化的三维曲面和等高线图 ,直观地表示出了埋入型压电材料智能结构获得最佳驱动力矩的配置方案。同时也分析了结构和压电材料两者的弹性模量之比对其结果的影响。结果表明 ,压电材料对于结构的作动力矩与其埋入基体材料的深度、本身厚度以及基体材料和压电材料的弹性模量之比都有着密切的联系。同时将结果也推广到了压电板结构 ,此时压电材料和基体材料的泊松比对其结果也有一定的影响。

关键词：梁板结构压电片埋入深度埋入厚度优化压电智能材料压电复合材料

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金属方柱压电片复合微型超声电机的研制

声学技术 2006年第3期25卷 262-266页

作者：路凯周铁英鹿存跃刘涛蔡海荣易晓星清华大学物理系北京100084 中国科学院声学研究所北京100080

研制了一款金属方柱压电片复合微型超声电机。相对于圆柱型电机,这种形式的电机的电场极化更充分,以及信号线的焊接更易实现。定子帽的材料用钢或铜。文中计算了整个电机定子换能器的模态和谐响应,理论上分析了不同方向转动惯量一致,可... 详细信息

研制了一款金属方柱压电片复合微型超声电机。相对于圆柱型电机,这种形式的电机的电场极化更充分,以及信号线的焊接更易实现。定子帽的材料用钢或铜。文中计算了整个电机定子换能器的模态和谐响应,理论上分析了不同方向转动惯量一致,可以形成椭圆运动的原理。实验测试了电机的共振频率、转速、转矩等。结果表明这款电机的自由共振频率约100kHz,无载转速可达到6000r/min以上,最大转矩可达60!Nm以上,理论和实验基本一致。该电机具有很好的实用化前景。

关键词：金属方柱超声电机压电片弯曲旋转

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智能吸声控制中压电片位置的选取

声学技术 2007年第5期26卷 978-979页

作者：常道庆刘碧龙李晓东田静中国科学院声学研究所北京100080

压电材料外接分流电路用于振动和噪声辐射控制。称作被动压电分流阻尼技术。在用压电被动分流阻尼技术控制薄板结构振动和吸声时，压电片的位簧布放是一个很重要的问题。针对不同的控制目的。可以选取不同的准则函数。***等曾分析了用... 详细信息

压电材料外接分流电路用于振动和噪声辐射控制。称作被动压电分流阻尼技术。在用压电被动分流阻尼技术控制薄板结构振动和吸声时，压电片的位簧布放是一个很重要的问题。针对不同的控制目的。可以选取不同的准则函数。***等曾分析了用压电片控制一维梁结构振动时．压电片在不同位置．系统结构等效阻尼系数的变化。本文则根据压电片接分流电路时的等效弹性系数和等效损耗闲予，以最大化结构的等效损耗凶子为原则，分析了用被动分流阻尼技术控制二维薄板结构振动和吸声时．压电片的位置选取问题。

关键词：压电片声控制位置等效阻尼系数结构振动智能阻尼技术技术控制

有限流道内钝体—压电片系统能量转换特性实验研究

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有限流道内钝体—压电片系统能量转换特性实验研究

作者：杨泽生重庆大学

学位级别：硕士

钝体是在生活中随处可见的一种非流线型的结构体,钝体绕流是自然界中普遍存在的一种物理现象,这种看似简单的物理现象实际上包含了极其复杂的流动机理。当钝体的固定方式为弹性支撑或者允许发生形变的时候,钝体两侧因旋涡脱落而产生的... 详细信息

钝体是在生活中随处可见的一种非流线型的结构体,钝体绕流是自然界中普遍存在的一种物理现象,这种看似简单的物理现象实际上包含了极其复杂的流动机理。当钝体的固定方式为弹性支撑或者允许发生形变的时候,钝体两侧因旋涡脱落而产生的脉动作用力会使钝体产生周期性的振动,振动的钝体会对其周围流场产生进一步的影响,这种流体与钝体之间相互影响和作用被称为流致振动(Flow-induced motion,FIM)。在工程领域中,结构体在流致振动的影响下持续受力产生振动进而出现疲劳破坏,同时也说明了这种现象本身具有较多可以利用的能量。由于流致振动及钝体绕流中旋涡脱落在低速来流条件下就会发生,如能利用旋涡脱落时引起的振动进行发电,相比传统的发电技术,这类装置中将不存在任何转动部件,没有滑动或滚动摩擦,更适合将装置微型化。本文主要针对不同截面形状钝体和不同压电片参数的钝体-压电片系统进行了风洞实验研究,分析系统输出电压、输出电压频率及平均峰值电压曲线,了解钝体截面形状和压电片长度对钝体-压电片系统能量输出特性的影响,为利用钝体-压电片系统进行能量收集提供一定的理论依据。获得的主要结论如下:首先针对不同长度压电片的方柱-压电片系统进行了风洞试验,研究了压电片长度对方柱-压电片系统能量收集特性的影响。实验发现来流速度对方柱-压电片系统的输出电压有直接影响。随着来流速度的增大,压电片自由端的振幅增加,振动频率减小。在压电片长度较短时,其振动频率与方柱尾涡脱落频率相近或相等时会出现共振现象,输出电压会急剧上升。随风速增加,在共振点之后会出现一个输出电压稳定的过渡区域。当压电片靠近固定端的部分开始参与振动时,标志着过渡阶段的结束,风速达到临界风速,输出电压再次出现快速增长。然后,本文对前端钝体为三角柱、梯形柱和反向梯形柱的钝体-压电片系统进行了风洞实验,研究了前端钝体截面形状对系统输出电压的影响。研究结果表明钝体形状是钝体-压电片系统输出电压的重要影响因素。钝体形状发生改变时,钝体周围流动边界层发生分离以及旋涡脱落的位置都不尽相同。三角柱和梯形柱-压电片系统的流动边界层在背风面棱边处发生分离并脱落,且脱体旋涡不再受钝体影响而直接作用在压电片上。反向梯形柱和方柱-压电片系统的流动边界层都是在迎风封面处发生分离。由于反向梯形柱在迎风面后方垂直于钝体来流方向的宽度一直在减小,对在迎风面棱边处发生分离的边界层影响减弱,减少了对旋涡形成和脱落的阻碍,其电压输出表现强于方柱-压电片系统。综合本文的研究结论,反向梯形柱-压电片系统电压输出在各个工况下的表现都比较好,尤其是在高风速下的表现尤为突出,最大平均峰值电压Vpeak=1.829V,此时输出功率为P=1.67μW。

关键词：流致振动钝体压电片风洞实验能量输出

基于压电片的水中结构声辐射主动控制模拟研究

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基于压电片的水中结构声辐射主动控制模拟研究

作者：王龙冠大连理工大学

学位级别：硕士

智能结构应用在结构振动声辐射控制领域内，是当前的研究热点问题，在大空间结构适应复杂环境的运行中己得到应用，而水下结构声辐射的主动控制研究，具有重要的理论意义和应用前景。基于数值模拟对舰船结构进行振动噪声的设计控制，能... 详细信息

智能结构应用在结构振动声辐射控制领域内，是当前的研究热点问题，在大空间结构适应复杂环境的运行中己得到应用，而水下结构声辐射的主动控制研究，具有重要的理论意义和应用前景。基于数值模拟对舰船结构进行振动噪声的设计控制，能使舰船结构具有良好的动态特性，满足舰船低振动、低噪声的设计要求，而对水下结构振动声辐射主动控制的深入研究，应能够很好的解决舰船结构的振动噪声问题。压电材料作为一种新型的智能材料，以其良好的机电耦合特性，在结构振动声辐射的主动控制领域得到了广泛应用。本文首先介绍了压电材料的基本特性，给出了压电材料的本构方程，以及压电材料在结构振动声辐射主动控制中的应用。其次将无界静止流域中结构表面声压的积分方程，采用边界元方法进行离散，并与结构有限元相耦合，得到了流体—结构耦合自由振动方程。然后根据Hamilton原理，基于Mindlin板弯曲理论，建立了含压电片结构的二维有限元分析模型，同时也给出了压电片作为传感器的传感方程和作为作动器的作动方程，另外，根据压电材料的机电耦合特性，推导出了压电作动器的驱动电压到梁位移响应的频响函数，得出了压电片的最佳布置位置在梁的最大应变处。再将有限元方程同基于Rayleigh积分的边界元方程相结合，采用速度负反馈控制方法，建立了水下含压电片结构的声辐射主动控制模型。最后，通过数值模拟，对压电片位置进行改变，讨论了在空气中和水中对结构声辐射的控制效果影响，得出空气中压电片应布置在结构应变最大处，在水中的布置位置与空气中并不相对应，讨论了控制增益和作动电压的关系，改变控制增益可以改变控制效果，但应在一定范围内选取，使得作动电压不得超过压电片的最大可承受电压。另外，针对同一板模型，通过分别使用压电片和压电层对结构声辐射的控制效果对比，得出使用压电片的控制效果要好于使用压电层，并且在结构表面布置压电片对结构固有频率的影响要远远小于压电层对结构固有频率的影响，因此，压电片的实际应用价值更高。

关键词：压电片主动控制声辐射速度负反馈流固耦合