馈能悬架压电振子横向振动分析

发布时间：2017-10-28 10:07

  本文关键词：馈能悬架压电振子横向振动分析

  更多相关文章： 压电梁 位移激励 时间相关边界条件法 能量法 连续法

【摘要】：随着科学技术的不断发展与不可再生能源的不断消耗,汽车的能源问题逐渐成为了汽车行业的热门话题。发展新能源汽车和发展汽车的节能减排技术正逐渐成为汽车行业的研究热点,能够回收振动能量的压电式馈能悬架也开始步入了人们的视线。在要求压电式馈能悬架满足悬架基本功能的同时,期望悬架具有较高的能量回收效率,即具有较高的机电转换效率。作为压电式馈能悬架的能量转换构件,压电振子的能量转换效率严重影响到悬架的能量转换效率。本课题研究压电振子的横向振动特性,为压电馈能悬架的设计提供理论基础。以MATLAB软件为计算工具,通过能量法与连续法分析压电梁的固有频率与振型;通过ANSYS有限元法分析压电梁的固有频率与振型。所分析的压电梁类型包括无附着质量块的固支铰支式压电梁、有附着质量块的固支铰支式压电梁、有附着质量块的悬臂式压电梁。根据分析,能量法、连续法与ANSYS有限元法得到的结果较为接近。通过能量法分析了压电梁的长度、宽度和厚度等尺寸对压电梁固有频率值的影响,分析了附着质量块的位置和厚度对压电梁固有频率的影响。根据分析,压电梁的长度和厚度对梁固有频率的影响较大,宽度对梁固有频率的影响较小;压电层厚度与总厚度的比值为0.8时,压电梁的固有频率较小;附着质量块压电梁的固有频率受到质量块参数的影响,影响规律与压电梁的振型有关。本课题采用时间相关边界条件法推导了固支铰支式压电梁在位移激励下的位移与应变响应。根据时间相关边界条件法分析了附着质量块的参数对压电梁位移与应变响应的影响,分析了激励频率对压电梁位移与应变响应的影响。根据分析,激励频率取值为各阶固有频率值时,压电梁的最大响应值出现极值的个数与固有频率的阶数有关。本课题通过台架试验测量了具有不同尺寸的多组压电梁在激励下的电压响应值,并将实验获得的数据与理论分析的结果进行了比较。结果表明,台架实验与理论方法获得了一致的结论。
【关键词】：压电梁 位移激励 时间相关边界条件法 能量法 连续法
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：U463.33
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及研究意义10-11
• 1.2 等截面梁横向振动研究现状11-12
• 1.2.1 国外研究现状11-12
• 1.2.2 国内研究现状12
• 1.3 压电梁横向振动的研究现状12-14
• 1.3.1 国外研究现状13
• 1.3.2 国内研究现状13-14
• 1.4 本课题的主要研究内容14-16
• 第2章 压电梁固有频率的理论分析16-32
• 2.1 压电梁的结构16-17
• 2.2 通过能量法分析压电梁的固有频率17-27
• 2.2.1 分析无质块固支铰支梁的固有频率19-24
• 2.2.2 分析有质块固支铰支梁的固有频率24-26
• 2.2.3 分析有质块悬臂梁的固有频率26-27
• 2.3 通过连续法分析压电梁的固有频率27-31
• 2.3.1 压电梁的受力分析27-29
• 2.3.2 分析无质块固支铰支梁的固有频率29
• 2.3.3 分析有质块压电梁的固有频率29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第3章 结构尺寸对压电梁模态的影响32-48
• 3.1 用有限元法对压电梁进行模态分析32-36
• 3.1.1 建立压电梁的三维模型32-33
• 3.1.2 单元的选择33
• 3.1.3 设置材料的属性33-34
• 3.1.4 网格划分与约束34-35
• 3.1.5 模态分析与查看分析结果35-36
• 3.2 实例分析36-38
• 3.3 结构尺寸对压电梁固有频率的影响38-47
• 3.3.1 结构尺寸对固支铰支梁模态的影响39-43
• 3.3.2 结构尺寸对悬臂梁模态的影响43-47
• 3.4 本章小节47-48
• 第4章 分析压电梁在位移激励下的响应48-65
• 4.1 基于能量法的压电梁响应推导48-55
• 4.1.1 时间相关边界条件法的位移表达式48-49
• 4.1.2 分析无质量块压电梁的响应49-54
• 4.1.3 分析有质量块压电梁的响应54-55
• 4.2 分析阻尼比对响应的影响55-57
• 4.2.1 激励频率远离压电梁的固有频率时55-56
• 4.2.2 激励频率等于压电梁的固有频率时56-57
• 4.3 分析激励频率对位移响应的影响57-59
• 4.3.1 阻尼比取定值时57-58
• 4.3.2 阻尼系数取定值时58-59
• 4.4 分析质块参数对压电梁响应的影响59-64
• 4.4.1 激励频率远离固有频率值时59-60
• 4.4.2 激励频率等于第一阶固有频率值时60-61
• 4.4.3 激励频率等于第二阶固有频率值时61-62
• 4.4.4 激励频率等于第三阶固有频率值时62-64
• 4.5 本章小结64-65
• 第5章 台架实验与误差分析65-71
• 5.1 实验材料与仪器65-66
• 5.2 压电梁的结构尺寸66-68
• 5.3 实验步骤与结果分析68-70
• 5.3.1 实验步骤68-69
• 5.3.2 实验结果与分析69-70
• 5.4 本章小节70-71
• 结论71-73
• 参考文献73-77
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果77-78
• 致谢78

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本文编号：1107753