位移载荷下折叠式压电振子的疲劳分析

发布时间：2020-12-16 14:00

　　在位移载荷下,为了预测粘结层厚度对折叠式压电振子的疲劳寿命,该文对粘结层进行理论分析,建立了一种折叠式压电振子的有限元模型,分别在85.5 Hz、105.8 Hz及153.2 Hz 3种不同的工作模式下,施加正弦位移载荷,并进行了模型静力分析,将分析结果传输到nCode DesignLife软件进行疲劳分析。结果表明,在粘结层厚为0.07 mm时,弹性层和压电层所受应力值最小;由疲劳寿命分析可知,结构发生破坏集中在压电陶瓷层,在105.8 Hz时,压电层的疲劳寿命次数为5.317×10~7;在85.5 Hz、153.2 Hz时,压电层的疲劳寿命次数分别为8.82×10~6和1.624×10~6。因此,在折叠压电振子实际应用中,需综合考虑粘结层厚度、位移载荷及压电陶瓷的疲劳寿命,才能实现最大的电能输出。 

【文章来源】：压电与声光. 2020年05期 北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

折叠式压电振子有限元模型

3) 频率为153.2 Hz时,对折叠压电振子最上层质量块的前、后面均施加大小为1 mm、方向竖直向下的位移载荷,分析得到等效应力分布云图,如图3(c)所示。由图3可见,85.5 Hz时折叠压电振子薄梁部分发生左、右横向振动;105.8 Hz时薄梁部分发生上、下横向振动,是常见的工作模式,弹性层的应力分布集中在两端圆角的过渡位置,所处位置的应力值为203.45 MPa;153.2 Hz时薄梁部分发生扭转振动。通过分析折叠压电振子的应力变化,可得弹性层与压电层随粘结层厚度变化的应力曲线,如图4、5所示。

由图3可见,85.5 Hz时折叠压电振子薄梁部分发生左、右横向振动;105.8 Hz时薄梁部分发生上、下横向振动,是常见的工作模式,弹性层的应力分布集中在两端圆角的过渡位置,所处位置的应力值为203.45 MPa;153.2 Hz时薄梁部分发生扭转振动。通过分析折叠压电振子的应力变化,可得弹性层与压电层随粘结层厚度变化的应力曲线,如图4、5所示。图5 压电层应力随粘结层厚度变化曲线

【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑疲劳寿命的压电悬臂梁结构优化设计方法[J]. 张淼,孟庆丰,王宏金.  压电与声光. 2015(01)
[2]新型多层悬臂梁压电发电装置发电性能研究[J]. 龚俊杰,阮志林,李康超,边义祥.  机械工程学报. 2014(05)
[3]基于ANSYS/Fatigue的泵用压电振子疲劳分析[J]. 何秀华,毕雨时,王健,禚洪彩.  排灌机械工程学报. 2011(01)



本文编号：2920276