梯形变截面悬臂梁式微质量传感器设计与分析 被引量：2

1

作者 高仁璟 赵剑 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第10期1349-1353,共5页

针对微小集中质量测量问题,提出并制备了一种梯形变截面悬臂梁式微质量传感器,建立了梯形变截面悬臂梁式微质量传感器的振动分析模型。采用有限元方法求解其振动控制方程,获得了微质量传感器的灵敏度。仿真分析结果表明,相对于等截面矩... 针对微小集中质量测量问题,提出并制备了一种梯形变截面悬臂梁式微质量传感器,建立了梯形变截面悬臂梁式微质量传感器的振动分析模型。采用有限元方法求解其振动控制方程,获得了微质量传感器的灵敏度。仿真分析结果表明,相对于等截面矩形悬臂梁式微质量传感器,单层压电和双层压电结构的变截面悬臂梁传感器的灵敏度分别提高了127.00%和263.00%。采用线切割工艺,加工制备了单压电层梯形变截面结构的微质量传感器并对传感器进行了实验测试,在误差允许范围内,仿真结果与实验结果基本一致,验证了采用梯形变截面悬臂梁式结构可以有效的提高传感器的灵敏度。 展开更多

关键词 微质量传感器 梯形变截面悬臂梁 灵敏度 谐振频率

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梯形变截面悬臂梁式质量传感器设计与分析 被引量：2

2

作者 赵剑 朱传月 高仁璟 《仪器仪表学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2013年第12期2641-2646,共6页

谐振式微质量传感器的灵敏度取决于弹性元件的几何尺寸和结构形式。单纯依靠结构尺寸微型化方法已难以满足传感器工程实用性的要求,因而需要探索新的改善传感器性能的方法。在保证传感器外形尺寸不变的基础上,提出通过改变弹性梁的表面... 谐振式微质量传感器的灵敏度取决于弹性元件的几何尺寸和结构形式。单纯依靠结构尺寸微型化方法已难以满足传感器工程实用性的要求,因而需要探索新的改善传感器性能的方法。在保证传感器外形尺寸不变的基础上,提出通过改变弹性梁的表面形状(梯形)和截面构型(槽型)来进一步提升传感器灵敏度的新方法,建立了基于槽型变截面弹性梁的传感器灵敏度分析模型,分析了影响传感器灵敏度的关键设计因素,得到了结构设计参数、自振频率及灵敏度之间的关系表达式。仿真结果表明,在相同外形尺寸参数下,矩形截面悬臂梁传感器的自振频率和质量检测灵敏度为1 254.2 Hz和9.8×103Hz/g,槽型变截面悬臂梁传感器的自振频率和灵敏度为1 776.1 Hz和38.0×103Hz/g。相对于矩形截面梁传感器,灵敏度提高了287.8%,从而验证了提出的灵敏度提升方法的有效性和可行性。 展开更多

关键词 质量传感器 变截面悬臂梁 灵敏度

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具有摩擦力的变截面悬臂梁的反问题

3

作者 邢书珍 《中国铁道科学》 EI CAS CSCD 北大核心 1992年第2期69-80,共12页

为了解决铁路道岔尖轨转换力的计算问题,本文提出一个具有摩擦力的变截面悬臂梁在荷载P_1和P_2作用下的反问题的力学模型和相应的计算机迭代方法。该方法对迭代初值不附加任何限制,而且收敛速度非常快。关于道岔尖轨转换力的大量计算实... 为了解决铁路道岔尖轨转换力的计算问题,本文提出一个具有摩擦力的变截面悬臂梁在荷载P_1和P_2作用下的反问题的力学模型和相应的计算机迭代方法。该方法对迭代初值不附加任何限制,而且收敛速度非常快。关于道岔尖轨转换力的大量计算实践表明,该方法是可靠的。 展开更多

关键词 反问题 道岔 变截面悬臂梁 摩擦力

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变截面悬臂梁压电俘能器动力学特性分析 被引量：7

4

作者 王姣姣 曹东兴 姚明辉 《压电与声光》 CAS CSCD 北大核心 2018年第5期727-731,共5页

提出一种变截面悬臂梁压电俘能器结构,通过有限元仿真分析其振动特性和输出电压,有利于提高发电性能。该俘能器结构固定端为等截面梁,自由端为变截面梁,压电层粘贴在悬臂梁根部等截面梁表面,改变悬臂梁自由端与固定端的宽度比,得到多种... 提出一种变截面悬臂梁压电俘能器结构,通过有限元仿真分析其振动特性和输出电压,有利于提高发电性能。该俘能器结构固定端为等截面梁,自由端为变截面梁,压电层粘贴在悬臂梁根部等截面梁表面,改变悬臂梁自由端与固定端的宽度比,得到多种不同形式的变截面悬臂梁。对比分析了三角形梁、矩形梁和具有不同宽度比梯形梁的固有频率、应力和应变分布及简谐激励输出电压响应。结果表明,三角形梁固有频率较大,输出电压最大,同时分析了不同变截面段长度对输出电压的影响。该文还分析了具有相同一阶频率、不同宽度比俘能器的输出电压,表明三角形结构单位体积压电层输出电压最大。对比分析了基体层上根部粘贴压电片和全部粘贴压电片的输出电压特性。结果表明,前者输出电压较大,发电性能更好。 展开更多

关键词 压电俘能器 变截面悬臂梁 变宽度 振动特性 输出电压

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压电式变截面悬臂梁低频振动能量收集器的设计与优化

5

作者 胡捷 李红 +1 位作者 杨卫平 肖志锋 《传感技术学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期868-873,共6页

为了降低环境振动压电能量收集器(PVEH)的固有频率(ω_(n)),提高PVEH的输出性能,提出了一种压电式变截面悬臂梁低频振动能量收集器(VCL-PVEH)。基于压电方程建立了不同压电材料分布的VCL-PVEH数值模型,优化了压电材料分布位置。研制了PV... 为了降低环境振动压电能量收集器(PVEH)的固有频率(ω_(n)),提高PVEH的输出性能,提出了一种压电式变截面悬臂梁低频振动能量收集器(VCL-PVEH)。基于压电方程建立了不同压电材料分布的VCL-PVEH数值模型,优化了压电材料分布位置。研制了PVCL-PVEH原理样机,搭建样机实验平台。结果表明:当压电材料靠近悬臂梁固支端时,器件输出电压(V)和功率(P)最大;随着压电材料与固支端距离(D)增大,器件ω_(n)降低。在相同压电材料面积下,三角形VCL-PVEH的ω_(n)最低(ω_(n)=25.7 Hz)、V最大(V=100 V)。实验和计算表明,随负载阻抗(R)增大,P先增大后减小,存在最优R为25000Ω,此时,P为240 mW,可直接点亮21只商用LED,满足低功耗农业物联网传感器供电的要求。 展开更多

关键词 振动 压电材料 变截面悬臂梁 能量收集 功率

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变截面压电悬臂梁能量采集器在高斯白噪声激励下的稳态统计特性研究 被引量：2

6

作者 周坤涛 杨涛 +3 位作者 葛根 郝淑英 冯晶晶 张琪昌 《振动工程学报》 EI CSCD 北大核心 2024年第5期864-874,共11页

环境振动是一种非周期、随机的宽频激励,研究振动能量采集器在环境振动下的能量采集特性具有重要意义。本文采用改进随机平均法,求解了变截面压电梁在高斯白噪声激励下的等效振幅、位移、速度的稳态概率密度函数,位移与速度的联合概率... 环境振动是一种非周期、随机的宽频激励,研究振动能量采集器在环境振动下的能量采集特性具有重要意义。本文采用改进随机平均法,求解了变截面压电梁在高斯白噪声激励下的等效振幅、位移、速度的稳态概率密度函数,位移与速度的联合概率密度函数以及稳态均方输出电压,随后研究了变截面压电梁的能量采集效能。结果表明:负载电阻一定时,截面系数β>0时的变截面压电梁相比β=0时的等截面压电梁有更好的稳态均方输出电压;截面系数β>0时,随着电阻电容乘积的倒数的增加,变截面压电梁的均方电压均呈现逐渐减小的趋势,当电阻电容乘积的倒数值一定时,β值越大,均方电压也越高;随着噪声强度的增加,变截面压电梁的均方电压均呈现逐渐增大的趋势,当噪声强度一定时,β值越大,均方电压也越高。本文研究结果可为变截面压电悬臂梁能量采集系统的设计及应用提供理论依据。 展开更多

关键词 能量采集器 变截面压电悬臂梁 高斯白噪声激励 稳态概率密度 均方电压

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变截面Timoshenko悬臂梁自由振动分析 被引量：10

7

作者 潘旦光 吴顺川 张维 《土木建筑与环境工程》 CSCD 北大核心 2009年第3期25-28,共4页

为考虑剪切变形和转动惯量的影响,基于模态摄动法基本原理,提出了一种求解变截面Timoshenko悬臂梁自由振动问题的近似解法。这一方法是利用等截面Euler梁的特征值和模态,将变截面Timoshenko梁特征方程的偏微分方程组转化为代数方程组进... 为考虑剪切变形和转动惯量的影响,基于模态摄动法基本原理,提出了一种求解变截面Timoshenko悬臂梁自由振动问题的近似解法。这一方法是利用等截面Euler梁的特征值和模态,将变截面Timoshenko梁特征方程的偏微分方程组转化为代数方程组进行求解,从而得到变截面Timoshenko梁的特征值和模态。该方法适用于求解任意复杂截面型式梁的动力特性,无论梁的截面变化是否连续。随后对截面阶跃变化和线性变化2类变截面梁进行算例分析,数值分析结果表明,这一方法简单、实用,具有良好的精度。 展开更多

关键词 变截面悬臂梁 TIMOSHENKO梁 模态摄动法 自由振动 近似解

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含槽变截面悬臂式压电俘能器性能研究 被引量：1

8

作者 蔡浩 周星德 《压电与声光》 CAS 北大核心 2022年第3期484-487,共4页

为了俘获更大的能量,提出了一种含槽变截面悬臂式压电俘能器。首先,梁形式采用给定的指数函数进行变化,并且在内部挖槽;其次,推导对应的振动方程,参考相关文献确定振型表达式,进而写出相应的特征方程,推导出电压和输出功率表达式,并根... 为了俘获更大的能量,提出了一种含槽变截面悬臂式压电俘能器。首先,梁形式采用给定的指数函数进行变化,并且在内部挖槽;其次,推导对应的振动方程,参考相关文献确定振型表达式,进而写出相应的特征方程,推导出电压和输出功率表达式,并根据电压和输出功率确定最优指数。结果表明,在保持梁长度不变的前提下,锥形梁的弯曲程度系数越大,则输出电压及功率越大,但系统的特征频率也将变大。 展开更多

关键词 变截面悬臂梁 挖槽 指数形梁 压电俘能器 振型

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基于超几何函数和梅哲G函数的变截面梁的非线性振动建模及自由振动 被引量：5

9

作者 薄喆 葛根 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第23期77-83,共7页

对具有等厚度变宽度的悬臂梁的非线性振动进行了理论研究。提出了基于超几何函数和梅哲G函数的变截面悬臂梁的无需摄动近似的振型函数,在此基础上采用凯恩方程建立了包含几何非线性和惯性非线性的振动方程。该方程的各项系数和现有文献... 对具有等厚度变宽度的悬臂梁的非线性振动进行了理论研究。提出了基于超几何函数和梅哲G函数的变截面悬臂梁的无需摄动近似的振型函数,在此基础上采用凯恩方程建立了包含几何非线性和惯性非线性的振动方程。该方程的各项系数和现有文献中其他方法建模结果的计算结果相同,而表达式更简洁。得到的线性基频和有限元等其他多种方法结果做了对比,具有非常良好的精度。在考虑了强非线性振动的情况下,用变分法和能量平衡法得到了体系的幅频响应关系,该结果在大振幅条件下精度优于多尺度法的结果。还改进了能量平衡法,使之和数值解更为贴近。得出了判断系统渐硬或渐软特性的有效非线性系数。 展开更多

关键词 变截面悬臂梁 超几何函数 强非线性 能量平衡法

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侧向力作用下变截面塔式容器顶部挠度计算 被引量：2

10

作者 俞群 《压力容器》 北大核心 2018年第8期33-38,共6页

针对石化装置中一些高径比H/D很大的塔式容器在其顶部挠度超标而设置土建框架限位时无简便计算的问题,利用刚度叠加法,在特定的假设条件下,推导出任意的变截面(包括不等直径、不等壁厚及其任意组合)塔式容器在受侧向力作用下的塔顶挠度... 针对石化装置中一些高径比H/D很大的塔式容器在其顶部挠度超标而设置土建框架限位时无简便计算的问题,利用刚度叠加法,在特定的假设条件下,推导出任意的变截面(包括不等直径、不等壁厚及其任意组合)塔式容器在受侧向力作用下的塔顶挠度的计算公式。运用载荷叠加原理,求得实际的截面轴向应力和塔顶挠度为"内压及以风载荷、地震载荷、偏心载荷等标准规定的各种载荷"与"在设置土建框架限位时仅仅受侧向设定高度的限位装置给定集中力"两步载荷叠加的结果。同时,还指出了需要组合调整土建框架限位装置的高度及其对塔式容器的集中反力的大小,以达到技术经济综合成本最优化的要求。 展开更多

关键词 变截面悬臂梁 刚度叠加法 侧向力作用 塔顶挠度的计算

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基于等效刚度法优化的风力机叶片刚度计算

11

作者 余浩 马剑龙 +2 位作者 吕文春 苏宏杰 张鹏宇 《中国测试》 CAS 北大核心 2024年第7期47-52,共6页

风力机叶片刚度由于非线性且截面变化程度大的特点,针对叶片建模初期刚度的评估问题通常采用刚度展项分布图体现叶片刚度,存在评估叶片刚度的参考参数不够直接、宏观的问题。基于变刚度梁挠度计算的等效刚度法,将叶片等效成变截面悬臂梁... 风力机叶片刚度由于非线性且截面变化程度大的特点,针对叶片建模初期刚度的评估问题通常采用刚度展项分布图体现叶片刚度,存在评估叶片刚度的参考参数不够直接、宏观的问题。基于变刚度梁挠度计算的等效刚度法,将叶片等效成变截面悬臂梁,根据叶片特征合理选取边界条件,以叶片建模的截面数据特点为基础,优化原始等效刚度法的计算方式,使该方法更加贴合叶片模型,从而适用于叶片,达到方法优化的目的。利用ANSYS有限元软件进行叶片的预应力模拟实验,得出叶片的挠度模拟数值,以该模拟计算的挠度值为参考,验证优化后方法的有效性。结果表明:优化后的等效刚度法得到的刚度值,在低均布载荷值22.5 Pa下理论计算的挠度值与试验挠度值的误差达到9.68%,减小原始方法计算的误差贴近叶片模型,可用于叶片刚度估算,为叶片的刚度计算提供新方法。 展开更多

关键词 风力机叶片 刚度 等效刚度法 变截面悬臂梁 叶片挠度

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中原地区生态湖若干水生植物弹性模量实测及分析

12

作者 李占松 刘颖 +3 位作者 孙艳鹏 赵顺 路恒 陈冰倩 《水电能源科学》 北大核心 2023年第4期73-75,共3页

水生植物作为湖泊生态环境中的重要因子,对湖泊的修复治理具有关键作用。水生植物的阻水作用对湖泊蓄泄洪过程影响显著,从而水生植物对糙率的影响成为生态湖泊水力学研究的重要内容。水生植物高度与湖泊糙率密切相关,因而水生植物弹性... 水生植物作为湖泊生态环境中的重要因子,对湖泊的修复治理具有关键作用。水生植物的阻水作用对湖泊蓄泄洪过程影响显著,从而水生植物对糙率的影响成为生态湖泊水力学研究的重要内容。水生植物高度与湖泊糙率密切相关,因而水生植物弹性模量是计算其变形量的重要力学性能参数。将水生植物茎秆简化为变截面悬臂梁,通过对8种水生植物弯曲变形试验,测得拉力、位移等参数,计算其弹性模量值,得到实测的8种水生植物弹性模量变化的基本范围。对比可知,这些水生植物的弹性模量均随生长龄期或总长的增长而增长。 展开更多

关键词 水生植物 弹性模量 等效惯性矩 变截面悬臂梁

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