【摘要】：本文結(jié)合國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目《壓電驅(qū)動(dòng)流體動(dòng)耦合軟體驅(qū)動(dòng)器設(shè)計(jì)理論與關(guān)鍵技術(shù)研究》(項(xiàng)目編號(hào):51405189)和吉林大學(xué)研究生創(chuàng)新基金資助項(xiàng)目《基于粗壓電纖維復(fù)合材料MFC的血泵設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)研究》(項(xiàng)目編號(hào):2016072),提出了一種基于壓電纖維復(fù)合材料的新型壓電泵,對(duì)其驅(qū)動(dòng)元件進(jìn)行了理論分析和仿真分析,設(shè)計(jì)并制作實(shí)驗(yàn)樣機(jī),搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái),分別以空氣和純凈水作為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)測(cè)試其輸出性能,得到最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)。具體研究工作如下:基于壓電材料的本構(gòu)方程,將結(jié)構(gòu)復(fù)雜的壓電纖維復(fù)合材料簡(jiǎn)化為橫觀各向同性材料,進(jìn)一步地,將三維壓電本構(gòu)方程簡(jiǎn)化為一維壓電本構(gòu)方程,得到了壓電纖維復(fù)合材料沿纖維長(zhǎng)度方向上的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系式,并從理論上探討了其運(yùn)動(dòng)機(jī)理。提出了一種基于壓電纖維復(fù)合材料的新型壓電泵,其驅(qū)動(dòng)元件由兩片壓電纖維復(fù)合材料呈十字交叉狀粘貼在圓形鈹青銅基板表面組成,對(duì)其結(jié)構(gòu)及工作原理進(jìn)行闡述;對(duì)新型壓電振子進(jìn)行靜力學(xué)分析,將作用于基板的橫向載荷用有限個(gè)集中力代替,推導(dǎo)公式,考察基板任意一點(diǎn)的撓度。使用軟件仿真分析,選取壓電纖維復(fù)合材料的一個(gè)最小結(jié)構(gòu)單元作為研究對(duì)象探究其變形機(jī)理,與傳統(tǒng)的壓電陶瓷材料利用d31效應(yīng)產(chǎn)生厚度方向的變形不同,在交變電壓的驅(qū)動(dòng)下,壓電纖維復(fù)合材料利用d33效應(yīng)沿其長(zhǎng)度方向發(fā)生伸長(zhǎng)和縮短的往復(fù)變形。通過(guò)仿真探究基板厚度、兩片壓電纖維復(fù)合材料的粘貼角度以及粘貼方式對(duì)振子變形量的影響,結(jié)果表明,當(dāng)外界驅(qū)動(dòng)電壓頻率在振子的一階共振頻率范圍內(nèi)時(shí),振子的變形形狀為開(kāi)口向下的拋物面,且對(duì)稱性較好,位移從振子外圍向中心逐漸增大,振子的變形量隨著基板厚度的增加而減小,隨著兩片壓電纖維復(fù)合材料的夾角的增大而增大,并且兩片壓電纖維復(fù)合材料呈十字交叉狀分別粘貼于基板兩側(cè)時(shí)新型壓電振子的變形量略大于兩片壓電纖維復(fù)合材料粘貼于基板一側(cè)時(shí)的情況。設(shè)計(jì)并制作基于壓電纖維復(fù)合材料的新型壓電泵的實(shí)驗(yàn)樣機(jī),搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn):選擇周邊固定支撐條件下的新型壓電泵為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,驅(qū)動(dòng)電壓220V,頻率40Hz,分別測(cè)試對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)材料和傳統(tǒng)的鈹青銅材料作為基板時(shí)振子的變形量,結(jié)果表明,只有當(dāng)鈹青銅材料作為基板時(shí),振子的變形情況近似于向上凸起的拱形,符合實(shí)驗(yàn)要求;通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試不同支撐方式對(duì)振子變形量的影響,驅(qū)動(dòng)電壓范圍-500V至1500V,由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知,周邊固定支撐時(shí),系統(tǒng)的一階固有頻率在40Hz-45Hz的范圍內(nèi),簡(jiǎn)支邊界支撐時(shí),系統(tǒng)的一階固有頻率為12Hz,且簡(jiǎn)支邊界支撐時(shí)振子的變形量遠(yuǎn)大于周邊固定支撐時(shí)的情況;分別以空氣和純凈水作為實(shí)驗(yàn)介質(zhì),測(cè)試不同閥片厚度、泵腔高度、進(jìn)出口直徑對(duì)壓電泵輸出性能的影響,結(jié)果表明,空氣作為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)時(shí),壓電泵的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)為閥片厚度0.025mm,泵腔高度0.2mm,出入口孔直徑5mm,其輸出性能在驅(qū)動(dòng)頻率25Hz-30Hz時(shí)最好,驅(qū)動(dòng)頻率為25Hz對(duì)應(yīng)的最大輸出流量為380.88ml/min;純凈水作為實(shí)驗(yàn)介質(zhì)時(shí),壓電泵的最優(yōu)結(jié)構(gòu)參數(shù)為閥片厚度0.05mm,泵腔高度0.2mm,出入口孔直徑4mm,驅(qū)動(dòng)頻率15Hz對(duì)應(yīng)的最大輸出流量為28.7ml/min。
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TH38

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 闞君武,楊志剛,程光明;壓電泵的現(xiàn)狀與發(fā)展[J];光學(xué)精密工程;2002年06期

2 焦小衛(wèi),黃衛(wèi)清,趙淳生;壓電泵技術(shù)的發(fā)展及其應(yīng)用[J];微電機(jī)(伺服技術(shù));2005年05期

3 曾平;林敬國(guó);程光明;楊志剛;吳博達(dá);劉國(guó)君;;整體開(kāi)啟閥微型壓電泵實(shí)驗(yàn)研究[J];壓電與聲光;2006年05期

4 程光明;李鵬;楊曉冬;闞君武;;主動(dòng)閥壓電泵的設(shè)計(jì)[J];排灌機(jī)械;2007年05期

5 何秀華;蔣權(quán)英;張睿;楊嵩;;被動(dòng)閥壓電泵的動(dòng)力學(xué)模型及其求解[J];排灌機(jī)械;2007年06期

6 王曉偉;劉建亭;路計(jì)莊;劉安;;Y形流管無(wú)閥壓電泵結(jié)構(gòu)特性探析[J];煤礦機(jī)械;2008年06期

7 何秀華;張睿;楊嵩;鄧許連;蔣權(quán)英;;V型無(wú)閥壓電泵的流場(chǎng)分析[J];農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)報(bào);2008年10期

8 賀琳;紀(jì)秀;鄭文;楊志剛;;新型金屬閥在小型壓電泵中的應(yīng)用[J];壓電與聲光;2011年01期

9 孫靜;魯海龍;;微型主被動(dòng)閥結(jié)合式壓電泵的試驗(yàn)研究[J];科技創(chuàng)新與應(yīng)用;2014年11期

10 李軍,吳博達(dá),程光明,楊志剛;收縮管/擴(kuò)張管型無(wú)閥壓電泵的工作原理[J];壓電與聲光;2000年06期

相關(guān)會(huì)議論文 前9條

1 孫健;孫啟健;劉彥菊;冷勁松;;一種基于柔性放大機(jī)構(gòu)的壓電疊堆泵設(shè)計(jì)[A];復(fù)合材料：創(chuàng)新與可持續(xù)發(fā)展(下冊(cè))[C];2010年

2 黃俊;張建輝;;“Y”錐組合流管無(wú)閥壓電泵的原理與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證[A];Proceedings of the 2010 Symposium on Piezoelectricity,Acoustic Waves and Device Applications[C];2010年

3 劉漢旭;張鐵民;;雙腔同步驅(qū)動(dòng)無(wú)閥大流量壓電泵有限元分析[A];農(nóng)業(yè)工程科技創(chuàng)新與建設(shè)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)——2005年中國(guó)農(nóng)業(yè)工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集第一分冊(cè)[C];2005年

4 袁又春;黃衛(wèi)清;趙淳生;;收縮/擴(kuò)張管型無(wú)閥壓電泵泵腔流體仿真[A];第十一屆中國(guó)小電機(jī)技術(shù)研討會(huì)論文集[C];2006年

5 胡笑奇;張建輝;黃毅;夏齊宵;黃衛(wèi)清;;一種仿生型無(wú)閥壓電泵的研究[A];第十屆全國(guó)振動(dòng)理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（2011）下冊(cè)[C];2011年

6 王亮;張建輝;胡笑奇;王克;;擺動(dòng)振子參數(shù)與尾鰭式無(wú)閥壓電泵工作能力關(guān)系的實(shí)驗(yàn)研究[A];第十屆全國(guó)振動(dòng)理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（2011）下冊(cè)[C];2011年

7 皋路;張建輝;胡笑奇;黃毅;;壓電雙晶片結(jié)構(gòu)的仿尾鰭式無(wú)閥泵改進(jìn)研究[A];第十屆全國(guó)振動(dòng)理論及應(yīng)用學(xué)術(shù)會(huì)議論文集（2011）下冊(cè)[C];2011年

8 黃合成;孫洪昌;馬苑學(xué);;一種矩形壓電振子式主動(dòng)閥壓電泵的研究[A];創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)，，加快戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展——吉林省第七屆科學(xué)技術(shù)學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（上）[C];2012年

9 高建民;唐為奇;;新型無(wú)閥微壓電泵的微流場(chǎng)仿真及設(shè)計(jì)[A];農(nóng)業(yè)機(jī)械化與新農(nóng)村建設(shè)——中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械學(xué)會(huì)2006年學(xué)術(shù)年會(huì)論文集（下冊(cè)）[C];2006年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前1條

1 記者王華楠;我國(guó)研發(fā)成功壓電精密驅(qū)動(dòng)技術(shù)[N];中國(guó)技術(shù)市場(chǎng)報(bào);2010年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前10條

1 吳麗萍;扁錐腔無(wú)閥壓電泵理論與實(shí)驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2008年

2 董景石;微型精密壓電泵設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2012年

3 劉勇;輪式閥微型壓電泵的設(shè)計(jì)理論及試驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2012年

4 姜德龍;多腔串聯(lián)壓電泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)研究[D];吉林大學(xué);2013年

5 吳越;壓電泵動(dòng)力學(xué)分析與優(yōu)化設(shè)計(jì)[D];吉林大學(xué);2013年

6 紀(jì)晶;半球缺阻流體無(wú)閥壓電泵的研究[D];南京航空航天大學(xué);2014年

7 黃俊;流阻差型無(wú)閥壓電泵的原理與試驗(yàn)研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

8 陳松;液體壓電泵中氣泡控制的機(jī)理、方法及效果研究[D];吉林大學(xué);2016年

9 楊嵩;基于附壁效應(yīng)的新型無(wú)閥壓電泵[D];江蘇大學(xué);2015年

10 陳建;基于振動(dòng)濾波器的壓電泵研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2017年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 李立安;多腔串聯(lián)壓電泵的設(shè)計(jì)及其在直線馬達(dá)中的試驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2009年

2 楊嵩;基于數(shù)值模擬的三通擴(kuò)散/收縮管無(wú)閥壓電泵設(shè)計(jì)及性能研究[D];江蘇大學(xué);2009年

3 張波;新型壓電泵的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2008年

4 董景石;懸臂梁閥壓電泵理論及應(yīng)用研究[D];吉林大學(xué);2004年

5 路計(jì)莊;新型無(wú)閥壓電泵開(kāi)發(fā)與壓電泵工作噪聲的研究[D];北京工業(yè)大學(xué);2007年

6 袁又春;收縮管/擴(kuò)張管型無(wú)閥壓電泵的研究[D];南京航空航天大學(xué);2006年

7 劉健;針對(duì)不同粘度液體壓電泵的設(shè)計(jì)與實(shí)驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2008年

8 吳迪;液體混合用多入口壓電泵的研究[D];吉林大學(xué);2012年

9 朱佳煒;平面擴(kuò)散收縮管無(wú)閥壓電泵內(nèi)部流場(chǎng)瞬態(tài)特性理論分析及實(shí)驗(yàn)研究[D];江蘇大學(xué);2016年

10 王志軍;基于合成射流原理的無(wú)閥氣體壓電泵的仿真分析和試驗(yàn)研究[D];吉林大學(xué);2016年

本文編號(hào)：2580743