Главная » Просмотр файлов » Автореферат

Автореферат (1091100), страница 3

Файл №1091100 Автореферат (Разработка и исследование пьезопреобразователей для устройств прецизионного перемещения в оборудовании и приборах электронной техники) 3 страницаАвтореферат (1091100) страница 32018-01-18СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Пьезоэлектрические слои поляризованы по толщине (ось z).Для плоского напряженного состояния (z = 0) компоненты векторадеформаций в плоскости (x, y) каждого слоя имеют вид:x = (x – νy)/Y + U + αT , y = (y – νx)/Y + U + αT.10(2)Таблица 1 – Основные параметры и области применения ПП в ОПЭТУстройстваПьезоприводы микроперемещенийОсновные характеристикиОсновныеформы пьезоэлементовОбласти примененияПроизводителиВеличина рабочего хода (мкм), нагрузочная способность (Н)Пьезостеки,биморфы,амплитудныеусилителиперемещений(Mooney,Cymbal)Позиционированиешаблонов в фото- ирентгенолитографии, микроинденторы, микропрессы,системы настройкилазеровPhysikInstrumente(PI), Cedrat,ОАО «НИИЭлпа», ОАО"НИИФИ"Трубки, биморфы, триподыСканирующая зондовая микроскопия(атомно-силовая,туннельная и т.п.)Digital Instruments, VeecoInstruments,PhysikInstrumente(PI), Quesant,НТ-МДТPhysikInstrumente(PI), ФГУПНИИ «Полюс»,ОАО «НИИЭлпа»ПьезосканерыПлощадь полясканирования(мкм2)ПьезокорректорыДиапазон рабочихтемператур (С),допустимая величина перемещений(нм)Диски, мембраныОптические резонаторы интерферометров, системыуправления мощностью лазеров.ПьезонасосыПроизводительность (мкл/мин),энергопотребление (мВт)Диски, биморфы, многослойныепьезопластиныСистемы подачижидкостей и газов врабочую зону технологических процессов, биологические МЭМСMurata Manufacturing Co.,BartelsMikrotechnikGmbH, NittoKohki Co., LtdПьезоклапаны и натекателиВеличина блокирующей силы (Н),натекание при закрытом клапане(торр·л/с)Биморфы,дискиРегуляторы, клапаны и натекатели вакуумных системPhysikInstrumente(PI), ООО«Прикладнаяфизика», LileyaLtd.Пьезорезонаторыинерциальных датчиковРезонансная частота (Гц), рабочийдиапазон (/с,м/с2) коэффициентпреобразования(мВ//с или мВ/g)Стержни,камертоны,пластины,мембраны,тонкостенные резонаторы, трубкиСистемы активногоподавления вибрации, робототехникаи микросхваты,электронная аппаратураMurata Manufacturing Co.,Fujitsu,NEC/Tokin,BEI SystronDonner, Sagem,ОАО «НИИЭлпа»11В соотношениях (2) обозначено: x, y – нормальные механические напряжения вдоль осей x и y, Y – модуль упругости материала слоя, ν – коэффициент Пуассона,  = d31/h – пьезоэлектрический коэффициент линейногорасширения (ПКЛР), d31 – поперечный пьезомодуль; U – электрическое напряжение на обкладках пьезоэлемента толщиной h; α – температурный коэффициент линейного расширения в плоскости изотропии.

Как видно, здесь использован ряд замен в сравнении с уравнением (1): Y = 1/S11, U = d31Ez, таккак Ez = E3 = U/h, а компоненты вектора напряженности Ex = Ey = 0.Аддитивный характер второго и третьего слагаемых в формулах (2) дает основание для применения температурной аналогии пьезоэффекта, когдарешение задачи расчета пьезодеформации заменяется аналогичным решением задачи термодеформации, что позволяет использовать для расчетов пьезоустройств отечественные МКЭ-системы (например, APM WinMachine) длястатического анализа конструкций численным методом.

Расчет по МКЭстроится на общем уравнении движения механической системы:[M ]{u}  [C ]{u}  [ K ]{u}  {F} .(3)Здесь [M ] - глобальная матрица масс; [C ] – глобальная матрица демпфирования; [K ] – глобальная матрица жесткости; {F } – вектор приложенныхнагрузок, {u} , {u} , {u} – вектор узловых перемещений, первая и вторая егопроизводные по времени.В основной части второй главы представлены методики аналитического расчета пьезоэлектрического хода при изгибных деформациях многослойных ПП трех форм – прямоугольной, дисковой и трубчатой с учетом температурного воздействия (рисунок 1).Расчет изгибных ПП прямоугольной формы (рисунок 1, а) строится нарешении уравнения (1), которое, с учетом основных гипотез теории упругости, можно переписать в виде: x  z   x / Y  T  d 31Е3 .(4)Здесь χ – кривизна прямоугольной пластины – величина, обратная радиусукривизны ρ, E3 – компонента напряженности электрического поля, приложенного по толщине пьезослоя.12а)б)в)Рисунок 1 – Основные формы изгибных ПП в ОПЭТ:а) – прямоугольные; б) – дисковые; в) – трубчатые; UZ – рабочий ходОтсюда нормальное напряжение в i-ом слое: x,i  Yi z  d 31,i E3,i  T .(5)Кривизна χ может быть определена из условия равновесия:nМ   bii 1zнinzнiz вii 1  x,i zdz   bi Yi z  d 31,i E3,i  T zdz  0 .(6)z вiЗдесь bi – ширина пластины в направлении оси Y, а пределы интегрирования hвi (внутренняя граница i-го слоя) и hнi (его наружная граница) однозначно определяются через положение нейтральной оси z0, выводимое из усnzнii 1z вiловия равновесия продольных сил N   bin i 1z0   Yi bi hi  2  h j  hi i 1 j 1  x,i dz  0 , а именно:ii 1 n 2  Yi bi hi  , hвi  z0   h j ; hнi  z0   h j ,j 1j 1 i 1где n – общее число слоев толщиной hj.После преобразования уравнения (6), выражение для χ получает вид:n3 biYi d 31,i E3,i hнi2  hвi2i 1n2 biYi hнi3  hвi3i 1.(7)Окончательное выражение для прогиба определяется из граничных условий.

Например, максимальный прогиб λ = UZ(L) на конце ПП с пьезоэлементом во всю длину L, закрепленного консольно, определяется по формуле:131 2L .(8)2В основе методики расчета деформаций дисковых ПП (рисунок 1, б)под действием температуры и пьезоэффекта лежат уравнения теории упругости для осесимметричной задачи в цилиндрических координатах (r, , z).Модель ПП представляется в виде вложенных друг в друга многослойных колец.Для расчета используется ряд допущений, из которых следует, чтоw/r = – u/z, здесь u и w – радиальные и осевые перемещения.Дифференциальное уравнение равновесия для осесимметричной задачиимеет вид: r  r   (9) 0.rrЗдесь σr и σθ – нормальные напряжения – радиальные и окружные.Уравнения в напряжениях с использованием температурной аналогиипьезоэффекта представляются выражениями:r Y  u u  YY  u u  Y;U  T  .UT 2 r2 rr1r11 1 (10)Здесь u = u(r, z) – функция радиальных перемещений точек с координатами rи z, u/r = r – радиальная деформация, u/r =  – деформация в окружномнаправлении,  – коэффициент Пуассона, Y – модуль Юнга.После подстановки (10) в (9) получается основное дифференциальноеуравнение для осесимметричной задачи в перемещениях:r 1 (ur)  0 .r  r r(11)Решением данного уравнения для i-го кольцевого блока является функция:ui(r, z)= C1ir – C2irz + C3i/r – C4iz/r.(12)Из неё получаются:радиальные деформации: r = ui/r = C1i – C2iz – C3i/r2 + C4iz/r2;окружные деформации: = ui/r = C1i – C2iz + C3i/r2 – C4iz/r2;углы поворота нормали:i(r) – ui/z = C2ir + C4i/r.Постоянные C1i – C4i определяются из условий равенства на границах элементов i и i+1 перемещений ui и углов i поворота нормали к изогнутой поверхности, а также интенсивностей продольных сил и изгибающих моментов.14Функция прогибаwi(r) = – (u/z)dr = 0,5C2ir2 + C4ilnr + C5i(13)содержит дополнительные константы C5i, которые находятся из условий закрепления внешнего контура (r = Dm/2) и сопряжения кольцевых элементов:wi(Ri) = wi+1(Ri).Дисковые ПП используются в пьезокорректорах микроперемещений воборудовании совмещения шаблонов, лазерных интерферометрах и другихобластях.Для расчета напряжений и деформаций в трубчатых ПП используетсятеория изгиба балок круглого поперечного сечения с учетом пьезоэффекта.Трубчатый ПП представляет собой протяженное вдоль оси z тело (L>d).Нормальные напряжения распределены линейно по высоте сечения, касательные напряжения при этом не учитываются, т.е.

xz = yz  0.Подобно температурной задаче для многослойных сред уравнениенормальных напряжений z в произвольном слое трубки при пьезоэлектрическом воздействии имеет вид:z = Y(С1 – С2x – C3y – d31E),(14)где Y = Y(x, y) – модуль упругости материала в слое. Неопределенные постоянные С1, С2, C3 (C2 и C3 представляют кривизну изгиба) находятся из условий равенства нулю продольных сил NZ и изгибающих моментов МY и МX(при отсутствии внешних нагрузок). Эти условия отвечают уравнениям:S z dS  0 ; SzxdS  0 ; SzydS  0 .(15)Интегрирование проводится по площади сечения S в полярных координатах (r, ) с учетом зависимостей: x = rcos, y = rsin, dS = rddr.

В пределах каждого сектора и слоя принимаются значения модуля упругости Yij, напряженность электрического поля E = 0 в секторах без электродов с и заземленными электродами. В секторах с незамкнутыми электродами модуль упругости пьезокерамики YD = Y/(1 – Yd312/T), где Т – диэлектрическая проницаемость.

Характеристики

Список файлов диссертации

Свежие статьи
Популярно сейчас
Как Вы думаете, сколько людей до Вас делали точно такое же задание? 99% студентов выполняют точно такие же задания, как и их предшественники год назад. Найдите нужный учебный материал на СтудИзбе!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6367
Авторов
на СтудИзбе
310
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее