卷曲螺旋結(jié)構(gòu)壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器的性能分析.pdf

1、本文對(duì)一種新型放大位移的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器——卷曲螺旋結(jié)構(gòu)的性能進(jìn)行了研究。這種結(jié)構(gòu)很早就被提出并于1974年由美國(guó)人R．Adler申請(qǐng)了專(zhuān)利。此后，由于結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜，難于制造，因而這種結(jié)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)元件一直沒(méi)得到實(shí)際的應(yīng)用。英國(guó)的Birmingham大學(xué)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的研究，在2003年首次制造出這種結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)器并將其應(yīng)用于手機(jī)攝像頭上。這種結(jié)構(gòu)相當(dāng)于一種雙內(nèi)杠桿式的結(jié)構(gòu)，因此它的預(yù)計(jì)機(jī)械位移放大能力是巨大的。而對(duì)其進(jìn)行分析，了解它的具體性

2、能是進(jìn)一步應(yīng)用它的關(guān)鍵。 本文提出了兩種進(jìn)行這種結(jié)構(gòu)的分析方法：數(shù)學(xué)解釋法、有限元法，并進(jìn)行了具體的分析。首先，在給出它的空間三維曲線方程的基礎(chǔ)上推出了卷曲螺旋壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)元件的機(jī)械行程表達(dá)式以及受力變形表達(dá)式，但是這種方法對(duì)數(shù)學(xué)要求高且不通用。其次，使用常用有限元軟件Ansys分析了卷曲螺旋結(jié)構(gòu)熱敏雙金屬。給出了在一定溫差下的機(jī)械行程、應(yīng)力應(yīng)變結(jié)果，由于Ansys在建模以及對(duì)不同外法相量切形壓電陶瓷分析上的不足，限制了它在進(jìn)行

3、卷曲螺旋壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)元件上的分析。最后，為了解決這一復(fù)雜結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷驅(qū)動(dòng)元件的有限元分析，本文提出了一種使用曲線數(shù)學(xué)表達(dá)式構(gòu)建空間曲線并使用垂直于該曲線的方形面沿曲線掃掠的方法，并使用OpenGL API進(jìn)行三維建模，然后提出進(jìn)行多外法向量切形壓電陶瓷有限元分析的算法，并對(duì)卷曲螺旋及一些別的三維復(fù)雜曲線生成的彈片模型進(jìn)行了有限元分析。將對(duì)同一模型的程序分析結(jié)果與數(shù)學(xué)推導(dǎo)出的表達(dá)式結(jié)果進(jìn)行了比較。雖然有一定差距但得到了一致性的結(jié)論——卷