基于壓電驅(qū)動器的桿結(jié)構(gòu)除冰研究.pdf

1、本文研究了壓電驅(qū)動器在桿結(jié)構(gòu)除冰上的應(yīng)用，并探索了其在高壓輸電線上的應(yīng)用。壓電驅(qū)動器除冰的機(jī)理在于：當(dāng)壓電片在鋁桿表面產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力大于冰和鋁的附著抗剪強(qiáng)度時(shí)，冰層就會裂開，在重力作用下自然脫落，達(dá)到除冰目的。壓電除冰較傳統(tǒng)除冰的優(yōu)勢有：能耗小、驅(qū)動器尺寸小、成本低等。
　　 首先，通過阻抗分析和有限元仿真驗(yàn)證了柱坐標(biāo)下弧形壓電片參數(shù)轉(zhuǎn)換的正確性。
　　 其次，理論推導(dǎo)了桿結(jié)構(gòu)中傳播的波的主要形式：縱波、扭轉(zhuǎn)波、彎曲波，

2、并結(jié)合除冰需要對扭轉(zhuǎn)波做了進(jìn)一步分析。詳細(xì)推導(dǎo)了鋁桿-冰層結(jié)構(gòu)中扭轉(zhuǎn)波產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力表達(dá)式及計(jì)算方法，使用Matlab編程繪出不同厚度冰層下的扭轉(zhuǎn)波頻散曲線，以及在給定鋁桿、冰層厚度情況下，扭轉(zhuǎn)應(yīng)力在厚度方向上的變化曲線。參考板中剪切應(yīng)力系數(shù)的推導(dǎo)過程，提出了適用于鋁桿-冰層結(jié)構(gòu)的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力集中系數(shù)，并依據(jù)此理論設(shè)計(jì)了壓電片尺寸及壓電陣列，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出結(jié)論：能達(dá)到小范圍除冰效果。
　　 再者，使用有限元仿真軟件ANSYS，采用

3、掃頻方式分析了PZT8材料弧形片的長度、厚度、弧度等對除冰應(yīng)力的影響，并仿真了不同冰厚下的最大除冰應(yīng)力變化。結(jié)合理論推導(dǎo)及仿真結(jié)果，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了單片及陣列布片方案的實(shí)際除冰效果，證實(shí)了壓電片對桿結(jié)構(gòu)除冰的可行性。
　　 最后，在鋁桿除冰研究的基礎(chǔ)上，對LGJ-185/30輸電線的除冰進(jìn)行了研究。由于輸電線表面難以黏貼壓電片，設(shè)計(jì)了相應(yīng)夾具。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)弧形壓電片產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)應(yīng)力不能有效傳到電線上，因此換用大功率超聲換能器，理論推導(dǎo)了