夹心式压电换能器是多种设备的核心器件。该文提出了对换能器前后两部分分别设计和仿真的方法,比传统的按整体进行计算和仿真的方法实现了更高的仿真设计效率：首先,对前后部分分别进行仿真与优化,实现前后部分的谐振一致性;其次,把前后部分模型整合实现对整体的仿真和调整;最后,按最优方案制作换能器,并与传统方法设计的换能器进行实验对比。通过实验证明,按照该文提出的方法,加工装配的换能器不仅研制周期短,且品质因数高、谐振阻抗小、有较大的有效机电耦合系数。

海底管道缺陷的检测是由管道内智能猪完成的，智能猪上的超声探头阵列以恒定的速度一次性爬过管道，采集并记录缺陷数据供离线分析。所以探头的种类和性能直接影响对缺陷的检出率。论文针对智能猪用柱形曲面声透镜水浸式线聚焦探头，建立了其声场模型，并对其轴线声场和焦距进行了数值模拟。最后，实测了其轴线声场分布。

纳米定位平台在微型机械和精密仪器的设计和制造领域起着重要作用。该文将拓扑优化引入到压电陶瓷驱动的一维纳米定位平台设计中,并利用多目标设计方法对平台的运动和结构需求进行了优化,采用楔形预紧结构对压电陶瓷进行紧密预紧。经有限元仿真和实验验证,该实验系统输出位移达10μm,定位精度5 nm,耦合误差小于1%。实验证明,该方法为纳米定位平台的设计和制造提供了一种新颖、灵活、有效的方法。

该文对非均匀介质固体中缺陷响应的研究,用多高斯光束（MGB）模型来表示入射超声波波束。在对缺陷响应的研究中,由于粗颗粒界面的散射作用,所以考虑到超声波在非均匀介质体中传播时的衰减以及相速度的频散特性。分析了不同尺寸的方形孔缺陷由于压电超声传感器距离其位置的不同对接收到回波信号的影响。

针对作为被动控制的压电分流阻尼电路提出极点配置方法。对压电分流阻尼系统建立机电耦合方程,考虑模态位移为输出量,得到系统极点的特征方程。运用主导极点与虚轴的距离对系统动态响应衰减有着关键作用这一特性,确立优化目标,然后求解出压电分流阻尼电路参数的最优值。最后通过数值仿真对所设计的优化方法进行检验,并与传统传递函数优化法进行比较。仿真结果表明,运用极点配置方法设计的压电分流电路有着良好的抑制振动的效果,这验证了极点配置方法的有效性。

针对压电叠堆执行器输入电压与输出位移的动态迟滞特性,结合非对称静态Bouc-Wen迟滞模型,建立了压电叠堆执行器动态迟滞模型,并采用粒子群算法辨识出6个模型参数。为提高压电叠堆执行器动态位移输出精度,进一步推导出压电叠堆执行器迟滞逆模型,最终在此基础上对压电叠堆执行器进行前馈补偿研究。仿真与实验结果对比表明,在0~120V峰值电压与0~500Hz激励频率内,所建立的动态迟滞模型能够较好地描述与预测压电叠堆执行器的动态输出位移。前馈补偿实验研究结果表明,利用所建的迟滞逆模型补偿后,压电叠堆执行器的滞环减小,输出位移非线性度下降约3%。

针对传统的电液伺服阀分辨率较低、工作频带较窄及易受电磁干扰的特点,研制了一种由压电伸缩陶瓷驱动的新型驱动器,并对驱动机构的输出位移进行了测试.测试结果表明:该驱动器具有较大输出位移及较高的位移分辨率,可提高伺服阀的相关性能.

研制了一种新型的直动式电液伺服阀,伺服阀的驱动器由压电元件实现.该伺服阀采用电反馈原理,利用位移传感器将位置信号反馈给伺服放大器,与伺服阀的压电驱动器形成一个闭环位置系统,提高了伺服阀的动静态性能.该文对伺服阀样机的静态特性进行了测试,分析了特性曲线上所表征的性能指标及其影响因素;依据实验曲线获得静态特性参数,与北京机床研究所生产的QDY-D40型电磁驱动直动式电液伺服阀进行比较,指出了该阀的优点和不足,并提出改进方法.

研究了一种基于双压电晶片的喷嘴挡板式伺服阀,给出了双压电晶片的喷嘴挡板式伺服阀的基本机构.对双压电晶片在不同频率、介质、基板尺寸及晶片厚度下的变形情况进行了深入的分析,并通过试验初步验证了双压电晶片喷嘴挡板式伺服阀的相关性能,给出了流量、压力特性曲线,对试验结果进行了分析,得出了相关的结论.

论述了超磁致伸缩材料在电液控制元件中的应用研究现状,基于超磁致伸缩材料的特点和未来航空航天领域对高频大流量伺服阀的迫切需求,提出了一种由超磁致伸缩执行器驱动的新型射流伺服阀的结构,分析了其工作原理与特点,同时对该新结构伺服阀涉及的温度控制、热补偿、预压力施加与零位调节与驱动磁场均匀化等关键技术进行了详细分析并给出了具体实施方法。