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基于有限元法的压电堆执行器仿真分析
| 论文题名： | 基于有限元法的压电堆执行器仿真分析 |
| 关键词： | 压电堆执行器;参数化设计;预应力模态;疲劳分析;有限元法 |
| 摘要： | 压电喷油器是柴油机高压共轨系统中的关键部件，其执行部件压电堆执行器与传统的电磁阀式执行器相比，具有响应速度快、驱动力大、精度高等特点。随着节能减排的要求以及排放法规的日益严格，对于燃油喷射压力及喷射次数方面的要求也越来越高，压电堆执行器相对于电磁阀式执行器的优势也愈加明显，近年来迅猛发展，具有良好的发展趋势。而压电堆执行器的输出特性、模态以及疲劳特性等性能对于压电喷油器的工作性能有着十分重要的影响，因此，对于压电堆执行器的研究具有十分重要的意义。 目前，压电喷油技术只是被世界上一些汽车工业发达的国家所掌握应用，属于比较先进的技术，在世界范围内特别是在中国压电堆执行器的实际应用尚未得到大范围的推广，因此到目前为止国内对其各方面的研究还比较少。为了更好地了解和应用压电堆执行器，对压电堆执行器各个方面的性能形成一个较为全面和系统的认识，本文在有限元分析的基础上对其静态特性、预应力模态以及疲劳寿命、疲劳损伤等各方面性能进行了初步的分析和探讨。 首先利用ANSYS中的参数化设计语言APDL建立了压电堆执行器的有限元模型，并对其进行静态分析，得到了压电堆执行器的静态位移输出特性与力输出特性，并与实验数据进行了对比，验证了有限元模型的准确性。然后对自然状态下以及实际工作情况下的压电堆执行器进行了模态分析与预应力模态分析，得到了压电堆执行器的固有频率及振型图，并将两者得出的分析数据进行了对比分析，对比发现有预应力作用下的同阶振动频率要大于无预应力作用下的同阶振动频率，其加载预紧力时的固有频率较高，动态特性良好。最后在静态分析的基础上利用ANSYS nCodeDesignLife疲劳分析软件，对压电堆执行器进行了S-N疲劳分析，得到了疲劳寿命云图、疲劳损伤云图等疲劳分析数据。了解到了压电堆执行器在工作中的应力应变状态以及危险位置，得到了实际工作状态下压电堆执行器危险位置的疲劳寿命，为压电堆执行器的结构优化设计提供了依据。 |
| 作者： | 赵允昊 |
| 专业： | 动力机械及工程 |
| 导师： | 韩振南 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 太原理工大学 |
| 学位年度： | 2013 |
| 正文语种： | 中文 |
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