考慮壓電材料遲滯非線性時旋轉行波超聲電機動力學分析.pdf

1、超聲電機(Ultrasonic Motor，簡稱USM)是一種新型的微小電機，它利用壓電陶瓷的逆壓電效應使定子產生超聲振動，通過摩擦力來驅動動子運動。USM在多個環(huán)節(jié)中存在非線性因素，其中壓電材料遲滯非線性對USM的性能具有重要影響。在USM非線性動力學研究方面，對壓電材料遲滯非線性影響的研究尚未開展。 本文首次使用三次多項式遲滯模型描述壓電材料的遲滯非線性本構關系。在考慮壓電材料遲滯非線性特性的情況下，使用廣義Hamilton

2、原理和Rayleigh-Ritz法，建立了旋轉行波超聲電機圓環(huán)定子駐波振動和行波振動的非線性動力學模型，以及整機的非線性動力學模型，并應用非線性動力學理論對定子駐波和行波振動進行了主共振分析。主要工作和結論如下： 1.概述了壓電材料遲滯非線性本構關系的研究現(xiàn)狀和USM動力學建模的常用方法； 2.根據壓電材料遲滯非線性特性，使用三次多項式遲滯模型，建立了介電遲滯、壓電遲滯和彈性遲滯的非線性本構關系； 3.在不考慮定

3、、轉子界面接觸力的情況下，分別建立了考慮壓電材料介電遲滯非線性、壓電遲滯非線性和彈性遲滯非線性時圓環(huán)定子駐波振動方程，通過分析得出，彈性遲滯非線性是導致定子動力學響應呈現(xiàn)非線性的直接原因； 4.在不考慮定、轉子界面接觸力的情況下，建立了考慮壓電材料彈性遲滯非線性時，圓環(huán)定子行波振動的非線性動力學方程，并應用多尺度法求解其主共振響應一次近似解。發(fā)現(xiàn)主共振響應中存在雙峰共振、振幅不等和系統(tǒng)軟特性等現(xiàn)象，并分析了彈性遲滯參數對系統(tǒng)非線