复合振子天线辐射特性的数值模拟

讨论了由电单极子和磁振子组合而成的复合振子天线结构和工作原理,用时域有限差分方法模拟了天线的辐射特性,计算了天线从同轴线的馈电效率,对于单极脉冲和双极脉冲馈源,馈电效率分别为65%和81%。给出了天线的电压驻波比、辐射近场和远场、能量方向图等。模拟结果表明:在H面内辐射方向图是轴线对称的,其形状是心型;在E面内,方向图关于轴线不对称,辐射最大值方向向上偏离大约15°。这种天线具有宽带特性和较高的馈电效率,适合于超宽带电磁脉冲辐射的天线阵列的应用。

超声电机圆盘复合振子面内模态有限元分析

用ANSYS有限元法对超声电机圆盘复合振子面内振动模态进行了有限元分析,在其它结构尺寸参数不变的情况下,分别分析了圆盘复合振子的厚度尺寸、内径尺寸及外径尺寸对其面内弯曲谐振频率的影响;分析了金属弹性体的材料参数对圆盘复合振子谐振频率的影响,并将计算结果以曲线表示,分析结果对圆盘复合振子的结构设计和进一步优化设计具有重要的实际意义。

用复合振子模型计算纳米尺度滑动摩擦力的研究

以光滑界面摩擦为研究对象,探讨用复合振子模型计算纳米尺度滑动摩擦力的原理和方法,推导出滑动摩擦力和摩擦因数的计算公式,并用原子力显微镜探针在硅试样和云母试样上做扫描实验进行验证。实验值与理论计算值的对比结果表明,两者所反映的规律基本一致,表明所提出的理论和方法可行。研究表明,滑动摩擦力与接触面积成线性增长关系,并随宏观振子横向刚度的增大而减小,由于可通过改变摩擦表面的几何形貌来改变宏观振子的横向刚度,因此这一结论将为摩擦控制提供一种新途径。

复合振子天线阵列的数值模拟

用时域有限差分方法模拟了由复合振子天线单元组成的天线阵列的辐射特性;计算了天线从同轴线的馈电效率,给出了天线阵列的辐射场和能量方向图;比较了不同排列方式下阵列的辐射方向图。模拟结果表明:这种天线阵列具有宽带特性和较高的馈电效率,适合于超宽带电磁脉冲的辐射应用。

复合振子型大推力大行程直线超声电机特性研究

该复合振子型直线超声电机是作者提出的一种新型直线超声电机结构型式．本文叙述了该电机的基本结构和动作原理，说明了该电机产生大推力和大断电自锁力的机理，给出了所制作的原型机特性实验的结果．该原型机最大推力为１１Ｎ，最大输出功率为１．４Ｗ，正反两向性能基本一致．

压电复合振子谐振频率的磁调控研究

压电超声换能器中,压电振子谐振频率的漂移是导致换能器输出功率降低和振幅不稳定的主要原因.利用稀土超磁致伸缩材料Tb-Dy-Fe(TDF)合金与压电陶瓷材料Pb(Zr,Ti)O3(PZT)构成磁电复合压电振子,基于磁致伸缩材料的ΔE效应及复合材料的磁-力-电耦合乘积作用,实现了直流磁场对压电复合振子谐振频率的实时调控.实验结果表明,在直流磁场的作用下,压电复合振子的谐振频率随磁场的增加发生明显偏移.当磁场强度为400mT时,谐振频率的最大偏移量约为15kHz.利用磁电耦合理论,数值模拟谐振频率随磁场的偏移与实验结果符合较好.同时,理论研究了磁致伸缩相的体积分数对磁场调控谐振频率偏移的影响.结果表明,随着磁致伸缩相体积分数增加,谐振频率随磁场的偏移逐渐加大.该研究为压电超声换能器中控制谐振频率漂移提供理论及实验基础,并为提高磁调谐灵敏度提供有效途径.

磁电复合振子PbZr0.48Ti0.52O3/Tb0.3Dy0.7Fe1.92的电容型磁阻抗效应

谐振频率及阻抗匹配是压电换能器中十分重要的参数.基于压电陶瓷圆环Pb Zr_(0.48)Ti_(0.52)O_3(PZT)和磁致伸缩材料铽镝铁Tb_(0.3)Dy_(0.7)Fe_(1.92)(TDF)构成"环-环"磁电复合振子,实验研究磁场作用下,由磁电复合振子的有效介电常数变化引起的电容型磁阻抗以及磁控谐振频率偏移效应.实验结果显示,谐振频率和反谐振频率下的磁阻抗可达18%、32%;当磁场为800 m T时,谐振及反谐振频率的最大偏移量约为9 k Hz.利用复合材料的磁-力-电耦合效应,对电容型磁阻抗及磁控谐振频率偏移进行了理论分析.本研究为解决压电换能器谐振频率的漂移问题及阻抗匹配提供了实验及理论基础.

一类弹簧复合振子系统行波解的运动复杂性

本文研究了一类弹簧复合振子系统行波解的运动复杂性,借助Melnikov函数方法讨论了该系统产生smale马蹄意义下混沌的可能性及成因,并结合顺行平面Hamilton周期-能量关系和KAM理论,给出受扰系统固有周期运动的理论解释.文中结论可为研究弹簧复合振子在机械装置中的应用提供一定的理论依据.

Ⅲ波段4S形复合振子定向天线的设计

本文提出了一种新型的Ⅲ波段4S形复合振子定向天线,通过对于折合振子的探索,提出了4S形复合振子,并对其电磁理论以及设计调试方法进行简单介绍。此4S形复合振子单板天线驻波比在Ⅲ波段(CH7～CH12)全频段小于1.13,完全满足Ⅲ波段发射天线的技术要求。

摩擦微观能量耗散机理的复合振子模型研究

提出无磨损界面摩擦微观能量耗散机理的复合振子模型,指出滑动摩擦过程同时存在整体做低频弹性振动的宏观振子和界面原子受激励产生热振动的微观振子,并在此基础上分析了宏观振子和微观振子对摩擦能量耗散的不同影响.通过对界面原子的动力学分析,指出摩擦过程界面激励力的频率是能量转换的关键:在平衡力作用阶段,界面作用力的频率趋于零,因而可以直接作用到每个原子,力的作用效果是整体和均匀的;在失稳跳跃阶段,由于界面激励力的频率极高,造成摩擦界面原子获得的能量分布很不均匀,从而产生不可逆的能量耗散过程.与目前通用的独立振子模型比较,复合振子模型能够更准确描述摩擦能量耗散过程,可为摩擦控制提供理论指导.

复合型悬臂梁压电振子振动模型及发电试验研究

单悬臂梁压电振子俘获环境中振动能时,对环境振动频率敏感且频带有限,在谐振频率与环境振动频率不匹配的情况下,会导致压电振子俘能效率低下。基于此,设计复合型悬臂梁压电振子并建立其振动模型,采用激光测振仪对复合型悬臂梁压电振子进行扫频测试。研究结果表明,复合型悬臂梁压电振子谐振频率范围为56～72Hz,与理论分析结果基本吻合,试验验证了理论模型的正确性。相比于单悬臂梁压电振子,复合型悬臂梁压电振子有效地拓宽了其谐振频带,易于实现与环境振动源振动频率匹配以提高压电发电效率。在此基础上,进行复合型悬臂梁压电发电装置的发电能力测试,在负载为820?,工作频率为60Hz时最大输出功率达到4.9mW,产生的能量能够满足网络传感器等低耗能微电子产品的供能需求。

复合压电振子粘接层及粘接工艺的研究

研究并解决了压电晶片和粘接材料的选择、粘接层厚度的影响和控制工艺等制作复合压电振子中的技术难题 .阻抗频率特性测试的结果表明 ,复合压电振子呈三频特性 ,从而为研制双层压电结构超声波传感器奠定了良好的基础 .

复合压电振子的ANSYS模态分析

在ANSYS的软件平台上,利用有限元分析方法对复合压电圆片振子进行建模仿真实验,得到在不同边界条件下复合压电振子弯曲振动一阶模态及振幅分布图,仿真振动频率与理论计算值非常接近。相对传统振动模式分析方法,此方法更为简单、直观。

复合压电振子非轴对称优化

对悬臂梁式压电振子在外界激励下的电压输出进行了计算和分析。在分析了复合压电振子尺寸对输出电压影响的基础上,建立了悬臂梁结构的基本复合压电振子和非轴对称优化的复合压电振子模型。在体积与外界激励一定的情况下利用ANSYS软件进行了仿真分析。通过仿真分析可知优化后的复合压电振子输出电压较优化前提高了17.95%,同时其固有频率较优化前也有所降低。由此表明,经适当的非轴对称优化的压电振子对于再提高能量的转换效率具有一定的可行性和有效性。

多维耦合振动复合压电振子的设计

运用表观弹性法，采用二次径向谐振频率计算表现弹性模量，设计高度与直径可比拟，谐振频率不满足压电晶片和金属圆片最低径向谐振频率方程的多维耦合振动复合压电报子。用本方法设计垂直探鱼仪的换能器和提高优质单胞藻饲料多不饱和脂肪酸含量的超声辐射仪换能器。计算结果表明，理论值与实验值相符合。这种方法简单、方便，适用于压电晶片的径向谐振频率低于换能器谐振频率的多维耦合振动复合压电振子的设计。

非等长复合压电振子的优化与仿真分析

利用ANSYS软件建立了悬臂梁结构的模型,采用了工程中常用的模型,即非等长复合压电振子模型.设计了一种呈阵列分布的多圆孔基板材料压电振子,通过仿真分析,该结构的压电振子在尺寸与外加载荷一定的情况下,输出电压较优化前提高了14.1%,同时其固有频率与自身质量均较优化前有所降低.最后仿真结果也说明了这种多圆孔压电振子对于提高能量转换效率的可行性和有效性.

双振子压电微泵的结构设计与流量分析

该文介绍了双圆形复合振子的压电微泵的基本结构,阐述了其工作原理。应用小挠度弹性弯曲理论,推导出圆形压电复合层薄板的弹性曲面微分方程,利用有限元对压电振子的变形和谐响应进行了分析.并对振子在各种驱动电压条件下工作情况,讨论了其如何实现最大流量及流量的可调性。

耦合弯曲-剪切载荷L型压电振子的低宽频特性

针对传统的压电能量采集装置固有频率高、工作频率范围窄及能量转换率低的问题,基于Timoshenko梁理论提出耦合弯曲-剪切载荷的L型压电振子,研究基于L型压电振子的复合压电结构的能量采集特性.根据无线传感器的作业环境特点,研究L型悬臂梁的长度、宽度及延伸段长等因素对压电能量采集频率、输出电压峰值及能量转换效率的影响规律.组合不同尺寸L型压电悬臂梁,研究设计回字形布局的阵列式复合振子.经仿真分析与实验验证结果可知,在0~250 Hz低频环境下,能量采集频率为28~36 Hz、61~68 Hz、92~99 Hz以及103~111 Hz,较等尺寸传统阵列式压电复合振子覆盖频率平均提升了260%.

新型单足式纵弯复合模态直线超声电机的设计

提出了一种新型结构的直线超声电机,对其驱动原理进行了简要分析;利用有限元软件ANSYS对复合振子进行模态分析和谐波响应分析,计算出复合振子结构尺寸改变对其一阶纵向伸缩和二阶弯曲振动模态频率的影响,得出了两模态频率对结构参数的相对灵敏度;有限元分析结果为复合振子的结构优化设计和电机输出性能的预估提供了有益的参考,据此设计出符合模态简并的复合振子结构及电机的总体结构.

一种中空短柱径向-扭转振动复合型超声波电动机

纵扭复合型超声波电动机比其他类型的超声波电动机更具低速大力矩的特点,可实现高精度直接驱动,可作伺服电动机使用,适合于多种场合,特别是航空航天等军事领域。由于纵、扭振动在定子中的传播速度不一样,其纵、扭两相谐振频率的调谐一直是个难题。本文提出了一种新型的径向-扭转复合型超声波电动机,利用了定子径向振动时因泊松效应产生的纵向振动,其实质是径向振动和扭转振动的复合,是一种变形了的纵扭复合型超声波电动机。其定子具有中空、短柱等特点,可方便实现一阶径向振动与一阶扭转振动谐振频率的调谐及其结构等的优化。文中给出了中空短柱的电动机定子结构,建立了径向振动的理论分析模型,分析了其调谐原理和过程,并结合ANSYS有限元计算实现定子结构优化设计。最后根据上述理论研制了Φ60mm的样机,实现的样机性能较好,其空载转速为25r/min,堵转力矩为5N·m。这种超声波电动机较以往电动机具有轴向尺寸小、重量轻和无噪声等优点。