復(fù)合型懸臂梁壓電振子振動模型及發(fā)電試驗

通過有限元分析軟件ansys對壓電單晶懸臂梁進行仿真分析,再經(jīng)實驗,研究了基板材質(zhì)、粘結(jié)膠、激振力加速度和激振頻率對輸出電壓的影響。結(jié)果表明,彈性模量較大的基板能提高輸出電壓,采用不導(dǎo)電膠比導(dǎo)電膠的輸出電壓大;壓電懸臂梁對激振頻率有很好的選擇性,當(dāng)頻率為33hz時,輸出電壓為25.3v;這有助于優(yōu)化器件結(jié)構(gòu),設(shè)計出理想的壓電能量收集器件。

為了解決電池在低功耗電子產(chǎn)品供能時出現(xiàn)的問題,文中提出一種新型的壓電懸臂梁—弓字形單晶梯形壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)。利用數(shù)值分析比較單個矩形和梯形懸臂梁的發(fā)電能力;之后對這種結(jié)構(gòu)進行了理論分析,得出了諧振角頻率與懸臂梁長度的2/3次方成反比,即諧振頻率隨梁長度的增大而減小;最后利用有限元方法分析了弓字形單晶梯形壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)的發(fā)電能力,長度對頻率的影響,驗證了理論分析結(jié)果。這種結(jié)構(gòu)既能夠有效地降低諧振頻率達到低頻、寬頻帶,同時實現(xiàn)微型化,能給無線傳感器等低耗能產(chǎn)品供能。

通過剛性樁復(fù)合地基群樁(樁數(shù)3×3)模型試驗,對不同墊層厚度剛性樁復(fù)合地基的變形特性、不同樁位樁體和樁間土的受力特性進行測試,并對樁土應(yīng)力比和荷載分擔(dān)比等反映樁土共同工作性能的指標進行分析,得出了剛性樁復(fù)合地基的承載特性和變形規(guī)律。結(jié)論可為剛性樁復(fù)合地基的優(yōu)化設(shè)計提供依據(jù)。

研究了由金屬及壓電陶瓷構(gòu)成的復(fù)合型壓電俘能器的動力學(xué)及力電轉(zhuǎn)換特性。基于薄板小撓度理論,對復(fù)合型壓電俘能器進行振動分析。確定了在周期性均布載荷作用下該結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生電壓、功率與其幾何參數(shù)之間的關(guān)系。同時結(jié)合實驗,研究了不同負載電阻情況下壓電俘能器的輸出功率并討論了能量轉(zhuǎn)換效率問題。并分析了壓電俘能器的幾何參數(shù)、不同金屬材料對力電轉(zhuǎn)換特性的影響。

為了完善壓電懸臂梁非耦合集總參數(shù)模型,進而優(yōu)化設(shè)計壓電振子,本文根據(jù)機械振動理論以及阻尼理論,建立了單晶壓電振子等效阻尼系數(shù)的理論模型。理論分析并實驗驗證了基板材料性能,結(jié)構(gòu)尺寸以及截面形狀等不同因素對等效機械阻尼及電阻尼的影響規(guī)律。最后,制備了3組不同形狀尺寸的壓電振子樣品,并進行了沖擊振動試驗來驗證理論分析結(jié)果。研究表明,壓電材料層對整體阻尼的影響主要取決于基板與壓電材料的彈性模量比;壓電材料每個振動周期的電能損耗與懸臂梁長度的三次方成正比,與寬度成反比;而決定振幅放大因子的阻尼比并非隨結(jié)構(gòu)尺寸單調(diào)變化。實驗結(jié)果與理論模型的誤差為2.5%~14.7%,證明了理論模型的可靠性。分析表明,在可承受極限載荷相同的情況下,靜態(tài)特性最優(yōu)的變曲面懸臂梁動態(tài)特性并非最佳,得到的結(jié)果對于壓電振子的優(yōu)化設(shè)計具有現(xiàn)實意義。

介紹了一種多懸臂梁壓電換能器電路。與標準能量采集電路(seh)相比,三懸臂梁壓電換能器電路的理論最大平均采集功率提高了300%。利用multisim軟件仿真,結(jié)果表明,三懸臂梁壓電換能器電路的最終輸出電壓為seh電路的2.11倍;進一步搭建實際電路,其最終最大輸出功率為seh電路的3.12倍,能量轉(zhuǎn)化與利用效率顯著提高。

金屬橡膠是由不銹鋼金屬細絲經(jīng)特定的成型工藝制作而成,具有優(yōu)異的非線性阻尼性能。也正由于金屬橡膠存在非常強的非線性特性,使得對其性能的研究存在一定的難度。依據(jù)金屬橡膠的性能特點,建立了金屬橡膠成形壓力方向的懸臂梁桿系接觸作用模型,利用有限元分析軟件,對試件成形方向的循環(huán)壓縮性能進行了仿真分析,得到與實驗結(jié)果基本一致、能有效描述試件干摩擦阻尼性能的遲滯回線,考察了相對密度的改變對結(jié)果的影響,為加工前期金屬橡膠構(gòu)件阻尼性能的預(yù)估和成型工藝中相對密度的確定提供了科學(xué)的依據(jù)。

介紹了大懸臂魚腹式薄壁鋼箱梁試驗?zāi)Ｐ偷闹谱骷凹虞d工況,并利用有限元分析程序ansys中的板殼單元shell63對模型橋梁進行了理論分析,給出了各控制截面的撓度和應(yīng)力分布的實測和理論結(jié)果,實測結(jié)果和理論結(jié)果的對比表明,實測值和理論值吻合較好.實測結(jié)果及理論結(jié)果均表明,大懸臂魚腹式薄壁鋼箱梁存在明顯的剪力滯效應(yīng),在設(shè)計中應(yīng)充分考慮剪力滯的影響.

為了避免模態(tài)復(fù)合型超聲驅(qū)動器中普遍存在的頻率簡并問題,提出了一種新型的彎振復(fù)合型超聲驅(qū)動器。該驅(qū)動器采用壓電金屬復(fù)合梁兩個正交彎振模態(tài)的復(fù)合在兩個驅(qū)動足處激勵出橢圓軌跡振動。對該驅(qū)動器的振動特性進行深入研究,旨在獲得驅(qū)動區(qū)域質(zhì)點的真實運動軌跡。首先,建立了矩形截面梁在彎振復(fù)合模態(tài)下末端區(qū)域質(zhì)點振動軌跡的數(shù)學(xué)模型;然后,借助有限元瞬態(tài)分析,對驅(qū)動足振動軌跡進行仿真,實現(xiàn)對所建立振動軌跡數(shù)學(xué)模型的驗證。振動軌跡方程和仿真結(jié)果均表明:兩個驅(qū)動足表面質(zhì)點振動軌跡均為三維的橢圓,垂直于驅(qū)動器軸線的平面內(nèi)的橢圓振動更適合用于致動輸出。最后,分析了該驅(qū)動器存在的不足之處,提出了一種改進方案,采用對稱設(shè)置壓電陶瓷片實現(xiàn)兩個驅(qū)動足振動特性的一致;通過瞬態(tài)分析在兩個驅(qū)動足處得到了一致的振動軌跡,改進的樣機實現(xiàn)了輸出特性的顯著提高。

本文采用實驗分析的方法,研究單邊接觸懸臂梁振動系統(tǒng)在階躍激勵與敲擊激勵下系統(tǒng)的振動特性。利用matlab軟件對采集到的實驗數(shù)據(jù)進行時頻分析,發(fā)現(xiàn)單邊接觸約束條件并不改變梁的固有頻率,但是在固有頻率附近出現(xiàn)高階諧振頻率聚集的現(xiàn)象。

研究壓電材料在柔性懸臂梁結(jié)構(gòu)振動控制中的應(yīng)用,采用壓電有限元方法對壓電智能梁的響應(yīng)進行了數(shù)值模擬,在考慮壓電片與懸臂梁之間相互耦合作用的基礎(chǔ)上,通過有限元軟件abaqus數(shù)值模擬獲得壓電智能梁在簡諧荷載下的響應(yīng),并與有關(guān)試驗結(jié)果進行對比來修正壓電應(yīng)變常數(shù)及介電常數(shù)等參數(shù).通過數(shù)值算例對地震荷載作用下壓電梁的振動響應(yīng)進行了數(shù)值模擬,結(jié)果表明,壓電材料對柔性結(jié)構(gòu)的振動控制效果顯著,最大控制效率能達到45%左右.

針對現(xiàn)有基于郎之萬夾心振子的低頻超聲霧化噴頭驅(qū)動電壓高、工作效率低、電路和噴頭發(fā)熱嚴重、體積較大難以生成超細霧滴等缺點,研發(fā)了一種低頻彎振超聲霧化噴頭,該噴頭的核心工作部件是軸對稱復(fù)合彎振壓電振子。為了研究軸對稱復(fù)合彎振壓電振子關(guān)鍵結(jié)構(gòu)參數(shù)對其基頻的影響,在ansys平臺上,建立了軸對稱復(fù)合彎振壓電振子的虛擬試驗系統(tǒng)。采用正交試驗設(shè)計方法,對試驗結(jié)果進行了極差分析和回歸分析,建立了試驗指標軸對稱復(fù)合彎振壓電振子基頻與壓電陶瓷的外徑、內(nèi)徑、厚度及金屬圓片直徑的回歸數(shù)學(xué)模型。極差分析和回歸分析結(jié)果表明:壓電陶瓷的外徑、內(nèi)徑及金屬圓片直徑對軸對稱復(fù)合彎振壓電振子基頻的影響極顯著;壓電陶瓷厚度對軸對稱復(fù)合彎振壓電振子基頻的影響顯著;各影響因素對低頻彎振超聲霧化噴頭基頻的影響主次順序依次為壓電陶瓷外徑、壓電陶瓷內(nèi)徑、金屬圓片直徑、壓電陶瓷厚度。軸對稱復(fù)合彎振壓電振子物理樣機的基頻測試試驗結(jié)果和回歸數(shù)學(xué)模型預(yù)測結(jié)果對比表明該回歸模型的預(yù)測誤差基本在5%以內(nèi),從而驗證了回歸模型預(yù)測的精準性。該回歸模型為軸對稱復(fù)合彎振壓電振子結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化設(shè)計提供了較為實用的數(shù)學(xué)模型。

本文介紹了一種基于懸臂梁模型的力信號的采集系統(tǒng),該系統(tǒng)以at89c51rc為核心,采用icl7650構(gòu)成的3運算放大器和二階有源濾波電路,對力信號進行實時測量。詳細的介紹了該系統(tǒng)的基本原理及硬件和軟件設(shè)計方案。由試驗證明了該系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單、穩(wěn)定性高、可靠性強等優(yōu)點。

通過與q345-b熱軋h型鋼懸臂梁的對比,研究高強熱軋h型鋼懸臂梁在低周反復(fù)荷載作用下的受力性能。對試件的受力變形形態(tài)、破壞模態(tài)進行研究,得到試件的滯回曲線、骨架曲線、承載能力、延性性能和能量耗散系數(shù)等。試驗結(jié)果表明,高強熱軋h型鋼具有較高的承載能力,較好的延性和耗能能力。用理論公式計算試件的屈服荷載和剛度,用sap2000模擬試件的滯回性能,兩者結(jié)果吻合良好。

cfg樁復(fù)合地基持力層模型試驗研究——下臥持力層的受力變形特性是高速鐵路地基處理研究的重要內(nèi)容。通過復(fù)合地基持力層模型試驗研究，測試分析持力層在不同樁端處樁土應(yīng)力比條件下的應(yīng)力和變形。試驗結(jié)果表明，持力層不同深度處樁土應(yīng)力比隨樁底初始應(yīng)力比減小...

針對剛性樁復(fù)合地基所受上覆荷載下難以定量計算樁土間荷載分配的問題,設(shè)計了縮尺模型箱試驗,通過人工模擬樁端下臥層為砂土、樁身段加固區(qū)地基為黏性土的工況,進行樁、土承載特性和樁身荷載傳遞規(guī)律的研究。假設(shè)基底樁土相對位移下路堤內(nèi)土柱間滑移面剪應(yīng)力垂直分布,考慮樁頂上刺入路堤、樁端下刺入下臥層以及樁側(cè)負、正摩阻力非線性分布,理論推導(dǎo)了路堤-樁-地基土整體在應(yīng)力與位移協(xié)調(diào)下的相互作用過程及荷載分配方法。結(jié)果表明：剛性樁復(fù)合地基可有效減少地基沉降,樁身最大軸力位于距離樁頂1-2倍樁徑深度處,最大負、正側(cè)摩阻力隨著荷載的增加而增加,且最大正摩阻力位置向樁身下部轉(zhuǎn)移;基于側(cè)摩阻力與附加應(yīng)力成比例關(guān)系條件,樁端下臥層砂土為winkler地基并賦以剛度系數(shù)的定義,推導(dǎo)出的樁土應(yīng)力比與荷載分擔(dān)與實測值接近,驗證了計算方法的合理性。研究結(jié)論可作為現(xiàn)場實際工程應(yīng)用借鑒。

為了探究不同形式的樁網(wǎng)復(fù)合地基加固軟土的效果,設(shè)計了3組復(fù)合地基進行室內(nèi)模型試驗。第1組為pvc管材加固軟土地基,第2組為樁承式復(fù)合地基,第3組為pvc管材與砂樁復(fù)合地基。在模型箱鋼板內(nèi)側(cè)壁涂上黃油,并覆以塑料薄膜來減小邊界效應(yīng);在pvc管材和土工編織網(wǎng)(格柵)上粘貼應(yīng)變片,來測試pvc樁體應(yīng)力及加筋拉力;在樁間土、砂樁頂部安裝土壓力盒,在路面的中心、路肩處安裝百分表來測定相應(yīng)的變形。試驗結(jié)果表明:1)對于路面、路肩的沉降及二者的差異沉降,第3組沉降值最大,第2組沉降值最小;2)pvc樁與土應(yīng)力比中,第2組應(yīng)力比與其它2組比較則大得多;3)格柵應(yīng)變變化規(guī)律較紊亂,在相應(yīng)測點的格柵應(yīng)變則是第2組最大。3組試驗的結(jié)果說明在軟土路段,在條件允許時,宜采用樁承式路堤來加固,加固效果更好。

懸臂澆筑施工連續(xù)梁橋要點及模型分析 懸臂澆筑施工連續(xù)梁橋 一、懸澆梁體分段 1、墩頂梁段a（0號段） （1）長度一般為5m～10m；（但也不一定，這主要根據(jù)具體情況而定，比如xxxx橋主橋， 為了剛開始能放兩個掛籃對稱施工，0號塊有13m） （2）施工托架 ①在混凝土澆筑以前，應(yīng)對托架進行試壓； 2、由0號段兩側(cè)對稱分段懸臂澆筑部分b （1）長度一般為2.5m～5m，也有個別跨度大的橋梁的分段為2.5m、3.5m、4.5m； （2）一般一個梁段的施工周期為6～10天； （3）根據(jù)計算經(jīng)驗，梁段的多少直接影響結(jié)構(gòu)配束計算，在不影響工期的前提下，適當(dāng) 增加梁段數(shù)，十分有利于縱向預(yù)應(yīng)力鋼束配置，以避免因梁段不足采用大噸位預(yù)應(yīng)力鋼束 引起張拉端局部應(yīng)力過大。同時也使全橋截面受力狀態(tài)均衡，邊緣應(yīng)力儲備適當(dāng)。 3、邊孔在支架上澆筑部分c （1）長度一般為2～3

剛性樁復(fù)合地基的邊緣區(qū)域存在著邊樁效應(yīng),這與剛性樁復(fù)合地基的失穩(wěn)破壞存在著直接聯(lián)系,對復(fù)合地基的承載能力和工作性狀具有重要的影響.基于模型試驗,通過對樁體軸力、樁側(cè)摩阻力和樁土應(yīng)力的分析,對剛性樁復(fù)合地基的邊樁效應(yīng)進行了系統(tǒng)的研究.研究表明:樁身最大軸力點位置大約在1/3樁長處,也與樁側(cè)摩阻力中性點的位置基本相同；在相同荷載作用下,內(nèi)樁分擔(dān)的軸力比邊樁大,且受力比較均勻；樁土應(yīng)力的分布規(guī)律驗證了剛性樁復(fù)合地基中土拱效應(yīng)的產(chǎn)生,且內(nèi)樁的樁土應(yīng)力比大于邊樁,體現(xiàn)了內(nèi)樁相對于邊樁在荷載傳遞中發(fā)揮了更為明顯的分擔(dān)作用.研究結(jié)果對于具體的工程應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義.

根據(jù)海上懸臂式鉆井平臺的結(jié)構(gòu)特點,結(jié)合海上作業(yè)的實際情況,考慮平臺受到的均布載荷與集中載荷,建立了懸臂式鉆井平臺在作業(yè)狀態(tài)條件下的力學(xué)模型,并推導(dǎo)出了懸臂梁撓曲方程和振動頻率求解方程。通過算例,分析了懸臂梁外伸距離、甲板質(zhì)量、井深等對鉆井平臺振動頻率的影響規(guī)律。本文研究結(jié)果對提高井口及井下工具作業(yè)安全有指導(dǎo)意義。

連續(xù)剛構(gòu)懸臂梁段施工工藝流程框圖 掛籃制造，試拼與測試→基礎(chǔ)及墩身施工←棧橋或纜索或塔吊施工 ↓ 搭設(shè)墩旁膺架或托架→安裝永久，臨時支座←預(yù)制0#、1#、1#梁段鋼筋骨架 ↓ 0#、1#、1/#梁段整體現(xiàn)澆 ↓ 0#、1#、1 / #梁段頂面找平→拼裝掛籃←預(yù)制2#(2 / #)～n#(n / #)梁段底腹板鋼筋骨架 ↓ 分塊吊裝2#、2/#梁段底板，腹板鋼筋 ↓ 拖移內(nèi)模，安裝2#、2/#梁段內(nèi)模及頂板鋼筋 ↓ 混凝土灌注前測量觀測點標高→對稱灌注2#、2/#梁段混凝土 ↓ 混凝土灌注后測量觀測點標高 ↓ 2#、2/#梁段頂面找平→養(yǎng)護 ↓ 張拉前測量觀測點標高→張拉及壓漿 ↓ 張拉后，測量觀測點標高 ↓ 計算、調(diào)整3#、3/#梁段施工立模標 高 ↓ 對稱牽引2#、2/#梁段掛籃前移就位 ↓ 3#(3/#)、n#(n//#)梁段懸臂循

大跨砼拱橋懸臂現(xiàn)澆的施工方法在我國尚無先例,通過1/5比例尺的模型試驗?zāi)M白沙溝1號大橋凈跨150m鋼筋砼拱的施工過程。試驗結(jié)果表明結(jié)構(gòu)的受力和變形是合理的,鋼筋砼拱懸臂現(xiàn)澆施工方法是可行的。