lipca压电驱动执行器性能的研究

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1、西安电子科技大学硕士学位论文LIPCA压电驱动执行器的性能研究姓名：任彦丰申请学位级别：硕士专业：微电子学与固体电子学指导教师：娄利飞201201摘要fIIlll11111111III／Ir／IIIfY2068200在所有涉及自适应结构、有源振动控制、MEMS系统以及机器人的元件中，执行器常被认为是限制其寿命和性能的关键因素，与其它执行器(包括磁致伸缩、形状记忆合金等)相比，压电驱动执行器因具有体积小，响应快，驱动力大，驱动功率低和工作频带宽等特点而备受瞩目。但压电驱动执行器具有输出位移量小的缺点，因此发展一种微型化、重量轻、大位移且有一定承载能力的执行器

2、，成为压电驱动执行器发展的必然趋势。本文介绍了一种新型压电驱动执行器——LIPCA，其具有质量小，单位质量输出位移大，制造工艺简单等诸多优点。本文首先根据复合材料弹性力学和压电学理论，阐述了LIPCA的工作原理，进而推导出影响LIPCA性能的关键设计参数，即驱动力臂、抗弯刚度、穹顶高度和热残余应力。然后利用VF语言编写了基于经典层合板理论数值计算的应用程序，对3“层可能的LIPCA组合结构的关键设计参数进行了理论计算，得出各关键设计参数对LIPCA性能的影响曲线。最后选取了具有典型代表性的层合结构，利用有限元分析方法对LIPCA的静态和动态性能进行了仿真模

3、拟，重点分析了LIPCA的层数、层叠次序、压电陶瓷的长宽比及厚度和热效应对LIPCA性能的影响，并和理论计算结果进行了详细的比较，两者结果比较吻合。本文的研究工作为LIPCA的设计、制造提供参考，也为下一步深入研究LIPCA的各项特性奠定了基础。关键词：LIPCA逆压电效应执行器有限元分析Abstract111eactuatorusedintheadaptivestructures，activevibrationcontrol，MEMSsvstems，androbotisusuallyregardedasthekeyfactorinlimitingthec

4、omponentperfo肌锄ceandlifespan．Comparedwithotheractuators(includingmagnetostrictive，shapememoryalloys，etc．)，piezoelectricactuatorgetsmoreattentionbecauseofitsadvantagesofsmallersize，fasterresponse，higherdrivingforce，lowerdrivingpower觚d、航derfrequencyband．However,piezoelectricactuator

5、hastheshortcomingofsmalloutputdisplacement，SOthenewnovelpiezoelectricactuatorswithmini·type，lightweight，largedisplacementandcertaincarryingcapacitymustbeenquicklydeveloped．Inthisarticle，anewtypeoflightweightpiezoelectricactuator,calledLIPCA，isproposedwhichhasadvantagesofsmallquali

6、ty,largeoutputdisplacementperunitmass锄dsimplemanufacturingprocess．Accordingtothetheoryofelasticityandpiezoelectricity,thekeydesignparameterswhichimpactperformanceofLIPCAaregot,includingactuationmomentarm，bendingstiffness，domeheight，thermalresidualstress．Then．programsarewrittenbase

7、dontheclassiclaminationtheorywiththeVFlanguage．Thekeyparametersfor3to6layersofLIPCAcompositestructurearecalculatedtheoreticallytoobtainthekeydesignparameterseffectontheperformanceofLIPCAcurve．Finally,bythefiniteelementanalysismethod，thestaticanddynamicperfonnanceofatypicalLIPCAiss

8、imulated，andthee疵ctsofthenumberof