用于SJA的新型压电陶瓷—金属复合结构的研究

论文摘要

合成射流（Synthetic jet）控制是国际上近几年提出的一种全新的流场控制技术,它可以延缓分离、加强或减弱混合、建立“虚拟”形状,以及减少阻力,从而提高飞行器的机动性,提高载荷能力等。论文以压电式合成射流驱动器（PSJA）为研究对象,探索利用新型的压电陶瓷-金属复合结构替代传统的平板型压电振动膜,以提高振动隔膜的变形驱动能力。论文在对SJA的研究现状和发展趋势进行总结与综述的基础上,采用有限元仿真方法研究环形和实心压电片的Cymbal型复合结构与平板型结构的特性。研究表明Cymbal型复合结构具有明显高于平板型结构的变形驱动能力,而环形压电片的Cymbal型复合结构的变形驱动能力要大于实心压电片的Cymbal型复合结构的;定义了Cymbal型复合结构的四个无量纲结构特征参数,并以结构变形驱动能力最大为目标,优化Cymbal复合结构,并得到了Cymbal复合结构的优化结果;制作了不同尺寸的Cymbal型复合结构及平板型结构的试验件,通过试验测试对Cymbal型复合结构的变形驱动特性及结构优化结果进行了验证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 合成射流技术概述
• 1.2 合成射流技术研究的国内外现状
• 1.3 影响合成射流驱动器的因素
• 1.4 本文研究内容
• 第二章 压电陶瓷-金属复合结构及其有限元建模
• 2.1 压电陶瓷-金属复合体的发展、原理及应用
• 2.2 Cymbal 结构的有限元分析
• 2.2.1 有限元法的基本思路和原理
• 2.2.2 有限元分析流程
• 2.3 基于ANSYS 的有限元建模与分析
• 2.3.1 前处理
• 2.3.2 求解处理
• 2.3.2.1 模态分析
• 2.3.2.2 谐响应分析
• 2.3.3 后处理
• 2.4 本章小结
• 第三章 单腔体Cymbal 型复合结构动态特性的仿真研究
• 3.1 Cymbal 型复合结构的FEM 数值仿真
• 3.1.1 结构建模
• 3.1.2 模态分析
• 3.1.3 谐响应分析
• 3.2 材料参数对Cymbal 复合结构体性能的影响
• 3.2.1 压电材料对结构体性能的影响
• 3.2.2 金属隔膜材料对结构体性能的影响
• 3.3 尺寸参数对Cymbal 复合结构性能的影响及优化
• p-m对结构性能的影响'>3.3.1 δ_p-m对结构性能的影响
• t 对结构体性能的影响'>3.3.2 δ_t对结构体性能的影响
• α对结构体性能的影响'>3.3.3 δ_α对结构体性能的影响
• c-p 对结构体性能的影响'>3.3.4 δ_c-p对结构体性能的影响
• 3.4 本章小节
• 第四章 单腔体环状压电片Cymbal 型复合结构动态特性的研究
• 4.1 环形压电片方案提出的依据
• 4.2 环形压电片Cymbal 型复合结构的FEM 数值仿真
• 4.2.1 环形压电片Cymbal 结构的模态分析
• 4.2.2 环形压电片Cymbal 结构的谐响应分析
• 4.3 环形压电片Cymbal 型复合结构的尺寸优化
• p-m对结构性能的影响'>4.3.1 δ_p-m对结构性能的影响
• t 对结构体性能的影响'>4.3.2 δ_t对结构体性能的影响
• α对结构体性能的影响'>4.3.3 δ_α对结构体性能的影响
• c-p 对结构体性能的影响'>4.3.4 δ_c-p对结构体性能的影响
• 4.4 本章总结
• 第五章 实验
• 5.1 实验试件及其制作
• 5.2 实验装置
• 5.3 实验结果
• 5.3.1 理论和实验对照
• p-m 对于Cymbal 复合结构的实验验证'>5.3.2 δ_p-m 对于Cymbal 复合结构的实验验证
• 5.3.3 对于环形压电片Cymbal 复合结构的实验验证
• 5.4 实验总结
• 第六章 总结
• 6.1 研究结论
• 6.2 工作展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间研究成果及发表的学术论文