《壓電液壓振動控制器的基礎理論與關鍵技術研究》是依託浙江師範大學，由闞君武擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：壓電液壓振動控制器的基礎理論與關鍵技術研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：闞君武
- 依託單位：浙江師範大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
提出通過壓電流體耦合作用同步實現發電與振動控制，研究這種半被動振動控制能力的形成理論與方法，進而構造體積小、結構緊湊、強度高、通用性強且能量自給的微小型壓電液壓振動控制器（包括隔振器和阻尼器），用於航空航天、行走機械等非結構環境的振動控制。主要內容：統籌考慮機電液系統的耦合關係，建立壓電液壓振動控制器的動力學模型，通過模擬仿真獲得機電液系統要素以及振動條件對壓電液壓振動控制器性能的影響規律以及最優的參數匹配關係；研究基於同步開關能量回收技術的半被動控制系統，分析開關控制策略/電路形式/器件參數等對機械單元回響特性及頻頻寬度的影響規律，提取制約壓電發電及能量存儲/利用效率的關鍵要素，揭示壓電發電供電所形成半被動振動控制能力的本質機理；以壓電疊堆/晶片為換能器，進行兩類控制器多種樣機的製作與試驗，獲得最優的機械結構、能量回收方案及振動控制策略；試製樣機至少2台，提供設計方法及關鍵製造技術參數。
結題摘要
壓電陶瓷良好的機電耦合特性，在主/被動振動控制及能量回收這兩個不同領域均有廣泛套用。但因壓電陶瓷易碎、變形量小，目前將壓電振子直接作用於振動結構進行能量回收和振動控制的方法通常僅適於板/梁類簡單構件、無法用於汽車發動機/懸架等低頻、高強度振動場合。此外，壓電主動振動控制雖效果好，但依賴於外界供給能量，而持續充足的能量實際中有時難以保證。鑒於壓電振動控制及俘能技術所存在的問題，本項目提出通過流固耦合作用將壓電俘能與振動控制相結合的新方法，研究了其功能/能力的形成理論與方法，所形成的壓電液壓控制器（包括隔振器及阻尼器）具有體積小、結構緊湊、強度高、通用性強等特點，可用於航空航天/行走機械等非結構環境的能量回收、振動的被動/自供能半被動/主動控制。針對壓電振子變形小、流體可壓縮的特點，從提高機電轉換效率及抑振/發電能力的角度進行了系統研究：進行了不同載荷及邊界條件下壓電晶片換能器能量轉換特性的建模仿真與結構最佳化，獲得了電壓（外力）作用下壓電晶片換能器的結構/材料參數、邊界條件、電壓值或作用力形式/大小等對其驅動力/變形量/發電量的影響規律以及最優結構/材料參數；進行了流體力及電壓作用下壓電疊堆及其組件的建模仿真及有限元驗證，獲得了組件隔膜厚度及半徑比對變形量/驅動力/生成電壓的影響規律，給出了合理結構參數的確定方法；進行了電壓激勵下壓電流體換能器動態回響及機電能量轉換特性研究，獲得了系統背壓對液體/氣體阻尼/隔振器中主(被)動壓電振子的驅動/回響(俘能)特性的影響規律；進行了結構/基礎振動時液體/氣體隔振/阻尼器的系統建模仿真及試驗，獲得了系統要素對其俘能/抑振性能的影響規律，證明了壓電液壓控制器可同步實現俘能與抑振的雙重功能；進行了基於同步開關俘能技術的能量提取/儲能系統及半被動控制器研究，獲得了其能量提取/存儲、半被動隔振及阻尼抑振效果及其影響因素；增加了壓電疊堆/晶片泵驅動的主動式控制器研究，獲得了疊堆泵腔高/隔膜半徑比、晶片泵腔體數量/系統背壓、驅動頻率/電壓/負載等對其驅動力/速度或功率等的影響規律，所獲得的驅動力/速度可滿足直接隔振及阻尼閥控制需求。結合研究計畫及拓展工作，培養了碩士研究生8人，尚有1名博士及3名碩士從事相關工作；公開發表相關論文32篇（9篇SCI/EI雙檢、28篇EI檢索），申報發明專利15項（7項授權）、新型專利13項（均授權）。
