超聲電機(jī)壓電振子的動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、超聲電機(jī)是90年代以后才逐步開(kāi)發(fā)應(yīng)用的新一代高科技電機(jī)產(chǎn)品，是動(dòng)力學(xué)、材料學(xué)、控制技術(shù)及多學(xué)科仿真等多學(xué)科交叉的一個(gè)嶄新的研究領(lǐng)域。壓電振子是超聲電機(jī)換能的核心部件，其動(dòng)態(tài)特性集中表征了材料特性、結(jié)構(gòu)模態(tài)和驅(qū)動(dòng)電路對(duì)超聲電機(jī)性能的影響。以其動(dòng)態(tài)特性為研究中心，可以深入而系統(tǒng)的了解超聲電機(jī)的各種參量對(duì)超聲電機(jī)的最終使用性能的影響程度，更為細(xì)致的了解超聲電機(jī)的能量轉(zhuǎn)換機(jī)理，從根本上改善和提高超聲電機(jī)的性能，為創(chuàng)新產(chǎn)品提供設(shè)計(jì)指導(dǎo)。
　

2、　本課題從理論模型、有限元數(shù)值試驗(yàn)、有限元控制模型等方面以復(fù)合振動(dòng)模式振子為例對(duì)超聲電機(jī)壓電振子的動(dòng)力學(xué)特性及其分析方法進(jìn)行了全面系統(tǒng)地研究，得出了許多有價(jià)值的結(jié)論，主要概括如下：
　　1、闡述了目前針對(duì)超聲電機(jī)壓電振子的主要建模方法，對(duì)壓電振子動(dòng)態(tài)特性的研究意義和必要性進(jìn)行了論述，突出了本文研究?jī)?nèi)容的迫切性；
　　2、以壓電陶瓷誘發(fā)彈性體發(fā)生彎曲變形為例，分析了壓電陶瓷通過(guò)誘發(fā)應(yīng)變來(lái)實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的機(jī)理；對(duì)基于縱彎模式的

3、壓電振子的運(yùn)動(dòng)及動(dòng)力傳遞機(jī)理進(jìn)行了分析；
　　3、基于模態(tài)假定，利用分析動(dòng)力學(xué)的Hamilton原理，建立了面向直線超聲電機(jī)壓電振子的機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型，并據(jù)此建立了壓電振子的等效電路模型，導(dǎo)出了電參量與動(dòng)力學(xué)特性參量的耦合方程，為壓電振子與驅(qū)動(dòng)電路的匹配提供了依據(jù)；
　　4、從壓電陶瓷的本構(gòu)方程出發(fā)，綜合力場(chǎng)的彈性動(dòng)力學(xué)方程、幾何方程、電場(chǎng)的麥克斯韋方程以及相應(yīng)的邊界條件方程，采用虛位移原理，建立了壓電振子動(dòng)態(tài)問(wèn)題機(jī)電耦合

4、場(chǎng)求解的有限元控制方程，為研究其大功率驅(qū)動(dòng)下的非線性本構(gòu)模型奠定了基礎(chǔ)；
　　5、界定壓電振子的動(dòng)力學(xué)特性指標(biāo)，對(duì)壓電振子的機(jī)電耦合動(dòng)力學(xué)模型參數(shù)進(jìn)行計(jì)算及變參數(shù)仿真；依據(jù)等效電路模型，對(duì)壓電振子的電學(xué)特性進(jìn)行了仿真分析；通過(guò)有限元數(shù)值實(shí)驗(yàn)，對(duì)壓電振子工作模態(tài)附近的模態(tài)振型及工作頻率附近的頻段進(jìn)行了激振效果分析，找出了實(shí)現(xiàn)模態(tài)簡(jiǎn)并的激振頻率；利用有限元控制方程，通過(guò)編程計(jì)算，對(duì)壓電振子的力電耦合場(chǎng)參數(shù)進(jìn)行了詳細(xì)計(jì)算，得出了一些有價(jià)