[發(fā)明專利]一種可定量調(diào)控壓電陶瓷圓管表面預應力的纖維纏繞方法

有效

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• 申請日: 2021-07-22
• 公開（公告）號: CN113571630B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發(fā)明（設計）人: 黃世峰;張曉芳;林秀娟;楊長紅;程新
• 申請（專利權）人: 濟南大學
• 主分類號: H10N30/01
• 分類號: H10N30/01;H10N30/02;H10N30/03
• 代理公司: 濟南泉城專利商標事務所 37218
• 代理人: 王翠翠

1.一種利用纖維膠帶纏繞定量調(diào)控壓電陶瓷圓管表面預應力的方法，其特征在于，包括以下步驟：

（1）利用螺栓結構固定夾持壓電陶瓷圓管；

（2）確定預應力預期值，結合換能器尺寸，確定最優(yōu)初始纏繞參數(shù)，包括纖維膠帶纏繞層數(shù)和懸垂塊質(zhì)量；

其中纖維膠帶纏繞層數(shù)和懸垂塊質(zhì)量的確定方法為：

①測量壓電陶瓷圓管的內(nèi)半徑R1、外半徑R₂和高度h，計算應力常數(shù)α：

，其中g為重力加速度，取值為9.8?；

②準備纖維膠帶，測量纖維膠帶厚度t，查詢拉伸極限Tc；

③確定壓電陶瓷圓管預應力需求T_θ，根據(jù)預期換能器成型后的外半徑R₃，對預應力進行最優(yōu)取值計算：

；

④確定纖維膠帶纏繞層數(shù)n，計算懸垂塊質(zhì)量m；

（3）裁剪適當纖維膠帶長度，在壓電陶瓷圓管外表面上預粘接一周；

（4）根據(jù)懸垂塊的質(zhì)量，調(diào)整懸垂裝置，并利用懸垂裝置的纖維固定夾板將纖維膠帶另一端固定到懸垂裝置；

（5）將螺栓結構與纏繞設備進行組裝，完成預定纖維膠帶纏繞層數(shù)；

（6）擰緊夾板固定裝置，并拆除懸垂裝置，利用螺栓結構和夾板固定裝置使纖維膠帶定型；

（7）測量壓電陶瓷圓管的靜態(tài)電容和阻抗特性曲線，計算壓電陶瓷圓管的機電耦合系數(shù)和壓電應變常數(shù)；

（8）對機電耦合系數(shù)和壓電應變常數(shù)進行評估，若滿足使用要求，拆除夾板，壓電圓管備用；若機電耦合系數(shù)和壓電應變常數(shù)偏小，可拆除纖維膠帶，通過調(diào)整懸垂塊質(zhì)量，重復上述步驟（2）-步驟（7），調(diào)整預應力。

2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的螺栓結構為：螺栓結構包括左端帽（5）、右端帽（7），左端帽（5）與右端帽（7）分別套于壓電陶瓷圓管（1）的兩端，左端帽（5）和右端帽（7）的內(nèi)側設有定位墊片（4）；左端帽（5）與右端帽（7）之間設有軸向夾持壓電陶瓷圓管的夾緊螺桿（6），下部均設置有連接桿（8），并固定到連接層夾板（11）兩端，在連接層夾板的中部兩側設有上夾板（9），上夾板的兩端設有固定螺栓（10）。

3.根據(jù)權利要求2所述的方法，其特征在于，所述的左端帽、右端帽和螺桿的材料為不銹鋼或黃銅，在軸向夾持壓電圓管，定位墊片（4）材料為聚四氟乙烯、尼龍或塑料。

4.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的懸垂裝置具有層狀結構，頂部有纖維固定夾板（3-1），便于夾持纖維；底部由多層層狀懸垂塊（3-3）組成，便于進行質(zhì)量調(diào)整；同時層狀懸垂塊（3-3）上設有懸垂質(zhì)量塊固定螺栓（3-2），固定多層層狀懸垂塊。

5.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述的纖維膠帶為聚酯纖維、玻璃纖維或碳纖維膠帶。