交叉指型电极压电振子的谐振特性研究

根据压电振子的动力学方程,采用有限元软件ANSYS对交叉指型电极压电振子进行了谐响应分析,得到了压电振子的横向振动响应,获得了分支电极参数对交叉指型电极压电振子谐振频率的影响规律。利用阻抗分析仪对交叉指型电极压电振子的谐振频率进行了实验研究,并与仿真结果进行了对比,两者基本吻合,验证了数值模型的可靠性。此外,研究结果还表明,采用较小的电极周期,可以明显降低振子的谐振频率,从而在相同的激励下,获得较大的作动应变。

电极非对称对压电材料驱动性能的影响

采用有限元法分析了外加电压分别作用于交叉指型电极(IDE)压电纯陶瓷材料和压电纤维复合材料时的静电场分布,研究了IDE非对称及非对称的程度对某一厚度压电材料驱动性能的影响,讨论和比较了非对称程度由小变大对不同厚度压电材料驱动性能的影响,以及其变化对压电材料电场集中和应力集中的影响。研究结果表明,对于压电纯陶瓷材料,在厚度较小时,电极非对称对驱动性能的影响不明显。随着厚度的增加,电极非对称程度越大,对驱动性能的影响越大,总体是使驱动应变下降。不管压电材料的厚度如何变化,在增大电极非对称的程度时,电场的不均匀性总是呈增大趋势。电极非对称程度的提高对厚度较小的压电材料的驱动应力提高明显,且应力集中程度无明显增大。对于压电纤维复合材料,电极与压电纤维之间夹层厚度越大,则非对称程度增大的影响越大。

软体机器人用柔性泵的有限元分析与工艺优化

针对软体机器人用流体驱动器存在性能不理想且制造工艺较为复杂的问题,提出一种利用电液动力学现象的高功率密度柔性泵及其工艺优化方法。该柔性泵由交叉指型电极构成,可根据外加电压的极性来控制流向。提出一个简单的电极配置模型来分析产生的电液动力学现象,并利用有限元分析来优化电极之间的距离,以最大化单位长度产生的压力和流速。通过在电极制作过程中引入切割绘图机,并采用粘接弹性体实现了可靠、高效的制造工艺。研究结果表明:当电极之间的距离最佳比值为3.4时,单位能耗产生的压力达到最大值为118.6 kPa/W,流速为145 mL/min。此外,相同配置制备泵之间的压力误差和流速误差分别为3.4%和4.4%,验证了电极配置模型的有效性和制造工艺的可靠性。与其他流体泵相比,该泵表现出更高的性能,且即使发生弯曲也可正常工作,在可穿戴设备和软体机器人中具有较高的工程应用价值。