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考虑压电材料迟滞非线性时旋转行波超声电机动力学分析

作　者: 付耀东
导　师: 曹树谦
学　校: 天津大学
专　业: 振动与控制
关键词: 旋转行波超声电机压电材料迟滞非线性三次多项式迟滞模型主共振响应
分类号: TM359.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 128次
引　用: 2次
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内容摘要

超声电机(Ultrasonic Motor,简称USM )是一种新型的微小电机,它利用压电陶瓷的逆压电效应使定子产生超声振动,通过摩擦力来驱动动子运动。USM在多个环节中存在非线性因素,其中压电材料迟滞非线性对USM的性能具有重要影响。在USM非线性动力学研究方面,对压电材料迟滞非线性影响的研究尚未开展。本文首次使用三次多项式迟滞模型描述压电材料的迟滞非线性本构关系。在考虑压电材料迟滞非线性特性的情况下,使用广义Hamilton原理和Rayleigh-Ritz法,建立了旋转行波超声电机圆环定子驻波振动和行波振动的非线性动力学模型,以及整机的非线性动力学模型,并应用非线性动力学理论对定子驻波和行波振动进行了主共振分析。主要工作和结论如下:1.概述了压电材料迟滞非线性本构关系的研究现状和USM动力学建模的常用方法;2.根据压电材料迟滞非线性特性,使用三次多项式迟滞模型,建立了介电迟滞、压电迟滞和弹性迟滞的非线性本构关系;3.在不考虑定、转子界面接触力的情况下,分别建立了考虑压电材料介电迟滞非线性、压电迟滞非线性和弹性迟滞非线性时圆环定子驻波振动方程,通过分析得出,弹性迟滞非线性是导致定子动力学响应呈现非线性的直接原因;4.在不考虑定、转子界面接触力的情况下,建立了考虑压电材料弹性迟滞非线性时,圆环定子行波振动的非线性动力学方程,并应用多尺度法求解其主共振响应一次近似解。发现主共振响应中存在双峰共振、振幅不等和系统软特性等现象,并分析了弹性迟滞参数对系统非线性响应的影响;5.分析了定、转子界面接触力,在考虑定、转子界面接触力的情况下,结合转子动力学方程,建立了旋转行波超声电机整机的非线性动力学模型。本文成功解决了考虑迟滞非线性时超声电机的非线性动力学建模问题。详细研究了弹性迟滞非线性对细圆环压电定子驻波振动、行波振动的影响,为旋转行波超声电机整机的动力学机理分析和控制提供了理论依据。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-15
  1.1 研究背景  8-9
  1.2 压电材料迟滞非线性研究现状  9-11
  1.3 超声电机非线性动力学理论建模方法  11-13
  1.4 本文的研究目的和主要内容  13-15
第二章压电材料迟滞非线性本构关系的建立  15-21
  2.1 引言  15-17
  2.2 介电迟滞三次多项式本构关系  17-18
  2.3 压电迟滞三次多项式本构关系  18-19
  2.4 弹性迟滞三次多项式本构关系  19-20
  2.5 本章小结  20-21
第三章圆环定子驻波振动非线性动力学分析  21-42
  3.1 引言  21-22
  3.2 广义Hamilton 原理  22-24
  3.3 介电迟滞非线性对定子响应的影响  24-26
  3.4 压电迟滞非线性对定子响应的影响  26-27
  3.5 考虑弹性迟滞非线性时定子驻波振动主共振响应  27-41
  3.6 本章小结  41-42
第四章圆环定子行波振动非线性动力学分析  42-66
  4.1 引言  42
  4.2 模型基础  42-43
  4.3 考虑弹性迟滞非线性时定子行波振动主共振响应  43-62
  4.4 数值验证  62-65
  4.5 本章小结  65-66
第五章超声电机整机非线性动力学建模  66-75
  5.1 引言  66
  5.2 定转子接触面的压力分布  66-68
  5.3 定子所受模态力  68-72
  5.4 转子动力学模型  72-73
  5.5 整机非线性动力学方程  73-74
  5.6 本章小结  74-75
第六章全文总结  75-77
参考文献  77-82
发表论文和参加科研情况说明  82-83
致谢  83

考虑压电材料迟滞非线性时旋转行波超声电机动力学分析

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