基于惯性原理的压电泵理论与实验研究

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1、分类号：TH38单位代码：10183基于惯性原理的压电泵理论与实验研究研究生学号：2015412066密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）陈全渠基于惯性原理的压电泵理论与实验研究TheoreticalandExperimentalResearchofPiezoelectricPumpBasedonInertiaPrinciple作者姓名：陈全渠吉林专业：机械设计及理论大学研究方向：微小机械与精密机械指导教师：董景石副教授培养单位：机械科学与工程学院2018年5月—————————————————————基

2、于惯性原理的压电泵理论与实验研究—————————————————————TheoreticalandExperimentalResearchofPiezoelectricPumpBasedonInertiaPrinciple作者姓名：陈全渠专业名称：机械设计及理论指导教师：董景石副教授学位类别：工学硕士答辩日期：2018年5月26日本文由国家自然科学基金项目《压电驱动流体动耦合软体驱动器设计理论》（项目编号：51405189）资助未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人

3、，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学博士(或硕士)学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀

4、博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：■硕士□博士学科专业：机械设计及理论论文题目：基于惯性原理的压电泵理论与实验研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：吉林省长春市南

5、关区人民大街5988号（130025）作者联系电话：15543129693摘要基于惯性原理的压电泵理论与实验研究本文结合国家自然科学基金项目《压电驱动流体动耦合软体驱动器设计理论》（项目编号：51405189）展开研究，针对传统止回阀流阻大、能量损失严重的问题，设计了一种心脏瓣膜型仿生阀，仿生阀开启时，阀瓣处于流道的侧面，流体的流动阻力和能量损失较小。基于该仿生阀提出了一种惯性式压电泵，该泵动力源为压电悬臂梁，悬臂梁带动振动管上下往复振动，利用惯性原理驱动流体，使流体在惯性力的作用下沿振动管向上流动，实现泵送功

6、能。本文的具体研究工作如下：建立压电双晶片悬臂梁的理论模型，根据伯努利-欧拉梁理论公式，推导出悬臂梁电压与输出位移、输出力的微分方程。对压电悬臂梁进行模态分析，一阶振型为最优振型，在该振型下的固有频率为30Hz。通过谐响应分析获得悬臂梁自由端在60V电压下的最大位移为3.5mm。对影响压电悬臂梁输出位移的三个主要参数（压电陶瓷的粘贴位置、基板的长度和厚度）进行了仿真分析。仿真结果表明：压电悬臂梁自由端的振幅随着压电陶瓷距固定端距离的增加逐渐减小，在压电陶瓷粘贴在固定端处，自由端振幅最大；随着基板长度的增加逐渐增

7、加；随着金属基板厚度的增加先增加后减小，在金属基板的厚度为0.4mm时，自由端振幅最大。设计了一种心脏瓣膜型仿生阀，推导出过流特性方程。建立了阀座倾斜角度分别为0°、15°、30°、45°、60°和75°的仿生阀仿真模型。在入口压力为30Pa，出口压力为0Pa的条件下，分析了一段时间内通过仿生阀的流体体积，当倾斜角度为60°时，仿生阀的过流特性最优。同时通过位移探针获得了阀瓣在开启过程中的运动轨迹，发现当阀座倾斜角度大于45°时，阀瓣响应出现迟缓。随后实验探究了阀孔直径为6mm时，不同阀座倾斜角度压电泵的输出性

8、能。实验结果表明：阀座倾斜角度为45°时压电泵的输出性能最优。其最优倾斜角度小于仿真结果，其原因为：当阀座倾斜角度大于45°时，阀瓣开启的滞后性，导致压电泵的输出流量随着阀座倾斜角度的增大而减小。最后对阀座倾斜角度为45°，不同阀孔直径的压电泵进行了实验测试。本文设计了一种基于惯性原理的仿生阀压电泵，建立了压电泵的动力学模型，I分析了其泵送机理，推导出压电泵的输出性能方程。实验探究了工