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预载悬臂梁非线性压电执行器

DOI：10.3390/mi6081066 期刊：Micromachines 出版年份：2015 更新时间：2025-09-23 18:06:53
摘要： 压电驱动广泛应用于智能结构系统的主动振动控制，相关研究主要集中于线性机电装置。本文研究了一种新型压电执行器的设计与分析，该执行器采用带加载弹簧的压电悬臂梁产生位移输出。该装置具有动能与势能转换相关的特殊非线性特性，可在较低电压下增大输出位移。通过拉格朗日函数和欧拉-拉格朗日方程建立解析模型，利用MATLAB进行数值仿真，并通过实验验证其增强性能。采用不同预紧力加载弹簧的实验装置对模型进行验证，呈现三种典型工况：线性系统、预弯梁低固有频率系统及屈曲梁系统。本研究的创新假设在于利用非线性现象提升压电执行器位移输出效能。最具实用价值的构型为预弯梁工况，该系统具有低固有频率、高振幅位移及稳定平衡位置等优势。
作者： Yue Wu，Jingshi Dong，Xinbo Li，Zhigang Yang，Qingping Liu
AI智能分析
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研究概述 实验方案 设备清单

研究目的

研究一种新型压电执行器的设计与分析，该执行器采用带加载弹簧的压电悬臂梁产生位移输出，旨在利用非线性现象在较低电压下提高位移效能。

研究成果

预加载压电执行器显著放大了尖端位移输出，与非预紧执行器相比最高可提升六倍，尤其在接近临界屈曲预紧力时效果最为明显。该模型能准确预测共振频率和分岔等关键特性。预屈曲构型因性能稳定而最具实用性，但后屈曲情况虽能提供更高放大倍数却以牺牲稳定性为代价。最佳性能取决于驱动电压与预紧力的匹配程度。

研究不足

该模型忽略了极薄的银导电电极和环氧树脂粘合层的影响，这可能导致偏差。系统性能对预张力和驱动电压敏感，最佳配置需要仔细调试。研究聚焦于第一阶振动模态，可能忽略了更高阶模态。

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