【正文】 7） 國(guó)際、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，行業(yè)規(guī)范 著錄格式：[序號(hào)] 標(biāo)準(zhǔn)編號(hào)，標(biāo)準(zhǔn)名稱[S]. 出版地：出版者，出版年.例：[1] MILE5007 D, 航空渦輪噴氣和渦輪風(fēng)扇發(fā)動(dòng)機(jī)通用規(guī)范[S]. 美國(guó)空軍，1973.[2] GB 771387, 科學(xué)技術(shù)報(bào)告、學(xué)位論文和學(xué)術(shù)論文的編寫格式[S].注：對(duì)于國(guó)標(biāo)GB等，出版地、出版者和出版年可省略。3） 學(xué)位論文 著錄格式：[序號(hào)] 作者. 題目[D]. 地點(diǎn)：?jiǎn)挝?，?例：[1] 朱剛. 新型流體有限元法及葉輪機(jī)械正反混合問(wèn)題[D]. 北京：清華大學(xué)，1996.[2] Sun M. A study of helicopter rotor aerodynamics in ground effect[D]. Princeton: Princeton Univ, 1983.4） 論文集，會(huì)議錄 著錄格式：[序號(hào)] 主要責(zé)任者. 題名[C]. 出版地：出版者，出版年.例：[1] 辛希孟. 信息技術(shù)與信息服務(wù)國(guó)際研討會(huì)論文集：A集[C]. 北京：中國(guó)社會(huì)科學(xué)出版社，1994.[2] 北京空氣動(dòng)力研究所. 第九屆高超聲速氣動(dòng)力會(huì)議論文集[C]. 北京：北京空氣動(dòng)力研究所，1997.5） 論文集中析出的文獻(xiàn) 著錄格式：[序號(hào)] 作者. 題目[A]. 見(jiàn)：主編. 論文集名[C]. 論文集名. 出版地：出版者，出版年：頁(yè)碼.例：[1] 陳永康，李素循，李玉林. 高超聲速流繞雙橢球的實(shí)驗(yàn)研究[A]. 見(jiàn)：北京空氣動(dòng)力研究所編. 第九屆高超聲速氣動(dòng)力會(huì)議論文集[C]. 北京：北京空氣動(dòng)力研究所，1997：9～14.[2] Peng J, Luo X Z, Jin C J. The study about the dynamics of the approach glidedown path control of the carrier aircraft[A]. In: GONG Yaonan ed. Proceedings of the Second AsianPacific Conference on Aerospace Technology and Science[C]. Beijing: Chinese Society of Aeronautics and Astronautics, 1997: 236～241.注：會(huì)議文集的出版者可能不是正式的出版社；出版地指出版者所在地，不一定是會(huì)議地點(diǎn)。參 考 文 獻(xiàn)1） 專著（教材） 著錄格式： [序號(hào)] 編著者. 書名[M]. 版本，出版地：出版者，出版年. 頁(yè)碼.例：[1] 劉謀佶, 呂志詠, 丘成昊, 等. 邊條翼與旋渦分離流[M]. 第2版，北京: 北京航空學(xué)院出版社, 1988. 24~27.[2] Isidori A. Nonlinear control systems[M]. 2nd, New York: Springer Press, 1989. 32~33.注：初版書不標(biāo)注版本，頁(yè)碼是可選項(xiàng)。在實(shí)際應(yīng)用中，必須仔細(xì)考慮的還有很多，如材料性能、加工難度、與其它形狀梁結(jié)構(gòu)的區(qū)別等。壓電懸臂梁的 長(zhǎng)度,通過(guò)增大質(zhì)量塊尺寸的方式減小結(jié)構(gòu)諧振頻率，而限制壓電懸臂梁 的長(zhǎng)度，以達(dá)到較高的輸出電壓值。4）設(shè)計(jì)理想的懸臂梁尺寸參數(shù)： PZT層厚度：可適當(dāng)增加 質(zhì)量塊:質(zhì)量塊的的長(zhǎng)度為梁長(zhǎng)度的1/61/3。2） 利用有限元分析軟件ANSYS對(duì)壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。 其中，振動(dòng)的頻率是個(gè)至關(guān)重要的因素。本課題主要研究振動(dòng)能量采集裝置中，壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)的尺寸參數(shù)與諧振頻率、輸出功率之間的關(guān)系。電懸臂梁振動(dòng)能量采集裝置，是針對(duì)獲取振動(dòng)能量的問(wèn)題提出的。綜合來(lái)看，在選取材料、加工工藝固定時(shí)，以上討論的尺寸因素便成為了主要的考慮因素一般來(lái)說(shuō)，降低結(jié)構(gòu)的諧振頻率主要通過(guò)質(zhì)量塊的尺寸和壓電懸臂梁長(zhǎng)度的權(quán)衡來(lái)實(shí)現(xiàn)，而為獲得可用的轉(zhuǎn)換能量，可適當(dāng)增加PZT層厚度，至于壓電懸臂梁的寬度，一般以其長(zhǎng)度的1/7~1/5左右為宜。綜合考慮，應(yīng)盡量減小壓電懸臂梁的寬度。在電壓計(jì)算公式中，因其代入的電阻R為優(yōu)化值，經(jīng)過(guò)計(jì)算，對(duì)電壓的影響便可抵消掉。寬度的增加會(huì)增大轉(zhuǎn)換功率，而對(duì)電壓并沒(méi)有影響。 壓電懸臂梁寬度的影響如圖315所示，當(dāng)壓電懸臂梁的寬度逐漸增大時(shí)，其一階和二階諧振頻率逐漸增大。在實(shí)際情況中，壓電懸臂梁能量采集裝置接入的負(fù)載不同，其輸出電壓變化也很明顯。所以，對(duì)于實(shí)際應(yīng)用而言，對(duì)于壓電懸臂梁長(zhǎng)度的設(shè)計(jì)，不僅要考慮到與環(huán)境振動(dòng)的耦合程度（諧振頻率），同時(shí)還要兼顧輸出電壓和轉(zhuǎn)換功率的大小，即負(fù)載的要求。圖313，314分別表示輸出電壓、轉(zhuǎn)換功率隨梁長(zhǎng)度的增加而減小。 壓電懸臂梁長(zhǎng)度的影響如圖312所示，當(dāng)壓電懸臂梁的長(zhǎng)度逐漸增大時(shí)，其一階和二階諧振頻率都在逐漸減小。綜合來(lái)看，雖然越薄的結(jié)構(gòu)越能滿足低頻諧振的要求，但其輸出電壓和轉(zhuǎn)換功率都會(huì)下降。圖310，311分別表示輸出電壓、轉(zhuǎn)換功率隨PZT厚度的增加而增大。所以對(duì)于質(zhì)量塊的分析，只考慮其對(duì)頻率的影響就可以了，而對(duì)于壓電懸臂梁幾何尺寸的分析，不僅要考慮到與其對(duì)諧振頻率的影響，還要考慮到其與輸出電壓的關(guān)系，因?yàn)?，?duì)于能量采集裝置而言，除了要滿足使用條件外，此裝置能否有效地將能量轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生可用的電能，是非常重要的一個(gè)問(wèn)題。厚度值不大于其長(zhǎng)度為宜，一般來(lái)講，這樣的結(jié)構(gòu)即可以滿足低諧振頻率的要求，又能保證不過(guò)于影響壓電懸臂梁的彎曲變形。不難看出，質(zhì)量塊長(zhǎng)度、厚度的增加，懸臂梁結(jié)構(gòu)諧振頻率值單調(diào)減小，但變化程度隨長(zhǎng)度（厚度）的增加而逐漸趨緩。在分析任一個(gè)幾何量影響時(shí)，其他量均保持不變。模態(tài)分析程序如下：/SOLUANTYPE, MODALMODOPT, LANB, 3MXPAND, 3SOLVEFINISH/POST26NSOL, 2, N_TOP, VOLT, VOLT/AXLAB, Y, VOLTPLVAR, 2 !變量2隨頻率變化圖FINISH下圖322為ANSYS 對(duì)壓電懸臂梁的模態(tài)模態(tài)分析圖：322 模態(tài)分析、電壓、功率的影響，本節(jié)就壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，包括質(zhì)量塊長(zhǎng)度和厚度、PZT層厚度、梁長(zhǎng)、梁寬，對(duì)整體諧振頻率、輸出電壓及轉(zhuǎn)換功率的影響加以分析。 模態(tài)分析(MODAL) 模態(tài)分析是分析結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性，與結(jié)構(gòu)受什么樣的荷載沒(méi)有關(guān)系，只要給定了質(zhì)量、彈性模量、泊松比等材料參數(shù)，并施加了邊界約束就可以得到此狀態(tài)下的各階自振頻率和振型。針對(duì)設(shè)計(jì)的壓電懸臂梁能量裝置，主要進(jìn)行了靜態(tài)、模態(tài)分析。將IEEE項(xiàng)[c61，c62，c63，c66]輸入為ANSYS的xy行；將IEEE項(xiàng)[c41，c42，c43，c46，c44]輸入為ANSYS的yz行；將IEEE項(xiàng)[c51，c52，c53，c56，c54，c55]輸入為ANSYS的xz行；輸入[c]矩陣的另一方法是指定楊氏模量（用MP,EX命令）和泊松比（用MP,NUXY命令）和剪切模量（用MP,GXY命令）。彈性系數(shù)矩陣用下面的數(shù)據(jù)表輸入：用TB、ANEL和TBDATA命令定義系數(shù)矩陣[c]（或[s]，用TBOPT設(shè)置），要了解這些常數(shù)的輸入順序參見(jiàn)ANSYS命令索引。將IEEE常數(shù)[e61，e62，e63]輸入為ANSYS的xy行；將IEEE常數(shù)[e41，e42，e43]輸入為ANSYS的yz行；將IEEE常數(shù)[e51，e52，e53]輸入為ANSYS的xz行。而ANSYS輸入順序則是x,y,z,xy,yz,xz（見(jiàn)上）。[e]和[d]矩陣用下述的數(shù)據(jù)表輸入。ANSYS將用彈性矩陣在最初定義溫度下把[d]轉(zhuǎn)換為[e]，用TB,ANEL命令指定彈性矩陣。壓電矩陣可以定義壓電應(yīng)力矩陣[e]形式或壓電應(yīng)變矩陣[d]形式。后者將被轉(zhuǎn)換為恒應(yīng)變介電常數(shù)矩陣[εS]。如用TB,DPER命令。對(duì)PLANE22SOLID226和SOLID227，可用MP命令的PERX、PERY和PERZ指定相對(duì)介電常數(shù)值或使用TB,DPER和TBDATA命令指定各向異性介電常數(shù)矩陣中的各項(xiàng)。介電常數(shù)值表示介電系數(shù)矩陣[εS]中的對(duì)角分量ε1ε2ε33，上標(biāo)S表示恒應(yīng)變的，因此，用MP命令輸入的介電常數(shù)最終轉(zhuǎn)換為恒應(yīng)變介電常數(shù)矩陣[εS]。下面加以說(shuō)明。尺寸參數(shù)及材料基本屬性如表31材料ρ/(kg/m^3)E/(GPa)NUXYh/(μm)b/(μm)l/(μm)PZT5H75004918070050000CU830011010070050000NI890018050007008000表31 尺寸參數(shù)及材料基本屬性 壓電懸臂梁壓電參數(shù)輸入，采用了命令流的方式。利用ANSYS軟件，壓電懸臂梁的模型如圖210所示，其采用層合梁的結(jié)構(gòu)，中間為銅層，上下為PZT材料，并沉積電極，質(zhì)量塊為鎳材料。通過(guò)第二章對(duì)于壓電懸臂梁振動(dòng)能量采集裝置的分析，可以看出轉(zhuǎn)換功率的大小和材料特性、壓電模式、結(jié)構(gòu)尺寸、振動(dòng)位移、振動(dòng)頻率等因素有關(guān)，為深入研究這些量之間的關(guān)系，本節(jié)利用ANSYS的耦合場(chǎng)分析功能對(duì)壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行仿真分析，并結(jié)合數(shù)值分析研究了結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)整體的影響。設(shè)置壓電單元類型為SOLID5，其滿足3D模型的需要，且運(yùn)算量較小。此單元具有八個(gè)結(jié)點(diǎn)，每個(gè)結(jié)點(diǎn)具有六個(gè)自由度。通過(guò)計(jì)算包含所需物理量的單元矩陣或載荷向量的方式進(jìn)行耦合，例如在ANSYS軟件環(huán)境下，使用SOLID5 PLANE13或SOLID98單元的壓電分析。通過(guò)將前一個(gè)分析的結(jié)果作為載荷施加到第一個(gè)分析中的方式進(jìn)行耦合。耦合場(chǎng)分析的過(guò)程依賴于所耦合的物理場(chǎng)，所有的耦合場(chǎng)分析方法可分為兩大類：順序耦合和直接耦合。壓電耦合場(chǎng)分析，即考慮結(jié)構(gòu)和電場(chǎng)之間的相互作用，求解由于所施加位移造成的電壓分布或相反。例如壓電分析是一種結(jié)構(gòu)—電場(chǎng)耦合分析，壓電效應(yīng)是石英和陶瓷等壓電材料的自然屬性。對(duì)于課題中的壓電懸臂梁結(jié)構(gòu)的分析，主要難點(diǎn)也就在于進(jìn)行機(jī)電耦合。前處理模塊提供了一個(gè)強(qiáng)大的實(shí)體建模及網(wǎng)格劃分工具，用戶可以方便地構(gòu)造有限元模型，分析計(jì)算模塊包括結(jié)構(gòu)分析(可進(jìn)行靜動(dòng)力學(xué)分析、非線性分析和熱學(xué)分析等)、流體動(dòng)力學(xué)分析、電磁場(chǎng)分析、聲場(chǎng)分析、壓電分析以及多物理場(chǎng)的耦合分析，可模擬多種物理介質(zhì)的相互作用，具有靈敏度分析及優(yōu)化分析能力。除此之外，ANSYS還是世界上能夠真正實(shí)現(xiàn)多物理場(chǎng)耦合分析的大型通用軟件。ANSYS是一套功能十分強(qiáng)大的有限元分析軟件，由世界上最大的有限元分析軟件公司之一的美國(guó)ANSYS公司開(kāi)發(fā)。只有建立一個(gè)好的有限元模型，才能準(zhǔn)確地反映出壓電體的各種特性，才能用于指導(dǎo)實(shí)際結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造。后置處理,將解題部分所得的解答如：變位、應(yīng)力、反力等資料，通過(guò)圖形接口以各種不同表示方式把等位移圖、等應(yīng)力圖顯示出來(lái)。解題程序包括元素剛度矩陣[K]的計(jì)算、系統(tǒng)外力向量{F}組合、以及線性代數(shù)方程[K]{U}＝{F}的求解。一般完整的有限元程序包含前置處理（Preprocessing）、解題程序（Solution和后置處理（Postprocessing）。A N SYS 有限元分析采用大t 幾何形狀簡(jiǎn)單的單元組合來(lái)近似描述整體結(jié)構(gòu), 利用單