Recherche dynamique du tube piézoélectricité

La céramique piézoélectrique est un type de matériau cristallin qui subit un changement de forme tel que la compression ou l'allongement lorsqu'il est soumis à une contrainte mécanique. À mesure que la forme change, différentes charges sont générées des deux côtés du cristal. Inversement, ajoutant une tension différente à travers letubes piézores linéairesentraînera un déplacement ou une contrainte mécanique correspondante. Le tube en céramique quart-piezoélectrique est un tube en céramique cylindrique creux avec un revêtement conducteur sur la surface cylindrique intérieure et quatre couches conductrices qui sont égales en zone mais isolées les unes des autres. L'application d'une tension entre la couche conductrice de la surface intérieure et la couche conductrice de la surface extérieure peut provoquer un tube céramique à produire une forme de mouvement tel que la flexion, l'allongement ou une couronne sphérique. Afin d'utiliser correctement les tubes en céramique, une analyse dynamique doit être effectuée.

Analyse dynamique des tubes en céramique dans l'allongement

En supposant que la tension appliquée est appliquée nulle appliquée au tube, les quatre électrodes à l'extérieur du tube sont appliquées simultanément avec une tension positive dans la même direction. Ensuite, il y a £ 1: 1 S12 · + D31 · E3 où £ est la contrainte, et les nombres 1 à 6 représentent respectivement les directions du vecteur de coordonnées, qui représentent Z, Y, Yz, Z, Xy, respectivement. Sl2 représente le module d'élasticité, d. Indique la longueur et E est la force du champ électrique. Où b est le coefficient de viscosité; est le déplacement; J0 est la densité en céramique; A est la zone transversale du tube en céramique; SFI est le coefficient piézoélectrique.

L'analyse de mouvement du tube céramique lors de la flexion est analysée à partir de l'analyse statique de la main humaine, et la déformation est analysée par la méthode géométrique. Dans la formule, L est la longueur du tube en céramique; M est la masse du tube en céramique par unité de longueur.

Analyse de simulation

Par l'analyse théorique ci-dessus, combinée avec les équations mécaniques de l'allongement et de la flexion detransducteur de cylindre piézoélectrique, Le logiciel ANSYS a été utilisé dans la recherche expérimentale. L'analyse modale et l'analyse de dynamique transitoire du tube céramique sont réalisées dans l'analyse, en tenant compte du maillage et de la conduction réelle lors de l'établissement du modèle d'éléments finis. Le cylindre cylindrique à quatre cents est construit et lié ensemble dans son ensemble pour garantir que l'adhésion entre les deux cylindres n'est pas conductrice, mais la transmission de la force et la déformation sont conformes à la situation réelle.

Division du maillage des éléments finis du tube en céramique piézoélectrique

Le tube en céramique quart-piézoélectrique est un dispositif de couplage électromécanique typique. Par conséquent, pour l'unité de division du réseau du tube en céramique quart-piézoélectrique, le type d'élément fini prend en charge l'analyse de champ couplée doit être utilisée. L'analyse de champ couplée est prise en charge dans les unités Lens3, Solid5 et Solid98 du logiciel ANSYS, où Solid5 peut être utilisé pour analyser les matériaux piézoélectriques. Le modèle Solid5 est une unité tridimensionnelle composée de huit nœuds formant une structure hexaédrique avec un maximum de six degrés de liberté par nœud. Seuls trois degrés de déplacement de liberté et un degré de liberté de tension sont utilisés pour l'analyse des matériaux piézoélectriques. Le diagramme d'éléments piézo finis du tube en céramique piézoélectrique divisé par l'unité de couplage électrique Solid5 Machine-Electric est indiqué. Il inclut 2 160 unités SOL-ID5 et 6 020 unités SOLID95. Le degré de liberté de Solid5 est fixé à quatre, qui sont les déplacements UX, UZ et un degré de tension de liberté Volt dans les directions x, y et z respectivement.

Analyse modale des tubes en céramique piézoélectrique quart

L'analyse modale est la base de l'analyse transitoire dynamique, qui peut déterminer les caractéristiques de vibration du tube en céramique piézoélectrique quart, à savoir la fréquence naturelle et la forme du mode de la structure, fournissant une base théorique pour la conception du circuit d'entraînement. L'analyse modale d'un tube piézocéramique définit d'abord les conditions aux limites avec une structure symétrique. Selon la situation réelle du processus d'application, une contrainte de déplacement nulle est appliquée à la surface finale inférieure de l'électrode. Dans le même temps, les conditions aux limites potentielles de la céramique piézoélectrique sont définies, et les électrodes supérieures et inférieures des deux feuilles de céramique piézoélectrique adjacentes sont couplées par un nœud et sont également définies comme une déconnexion électrique. L'analyse modale de la structure du système est ensuite effectuée en utilisant le solveur complet modal fourni par ANSYS.

Analyse transitoire des tubes en céramique piézoélectrique quart

L'analyse de dynamique transitoire a été réalisée pour observer la réponse dynamique du tube céramique lorsqu'elle subit une charge variant dans le temps. Dans l'analyse ANSYS, la tension en dents de scie a été appliquée au tube en céramique piézoélectrique quart pour obtenir la vibration de flexion du tube en céramique piézo. Dans le processus d'analyse, en raison de la corrélation entre la charge et le temps, la force inertielle et l'amortissement sont deux aspects importants à considérer. La matrice d'amortissement est obtenue par la constante d'amortissement Raylwigh A, multipliée respectivement par matrice de masse et matrice de rigidité. L'unité de couplage électromécanique dans le modèle d'élément piézo fini du tube céramique est une unité non linéaire, qui apporte des difficultés à la solution d'analyse dynamique transitoire. Par conséquent, la méthode intégrale dans le temps est utilisée pour résoudre les équations différentielles dynamiques à des points temporels discrets. L'incrément de temps est appelé le pas de temps d'intégration (ITS), et la taille de l'étape affecte directement la précision de la solution d'analyse transitoire. La taille de l'étape est un paramètre important dans l'analyse. Plus le pas de temps est petit, plus la précision est élevée. Cependant, une étape d'intégration de temps trop petite gaspillera les ressources informatiques et peut même entraîner une analyse numérique qui n'est pas terminée. Si la taille de l'étape est trop grande, l'erreur de calcul de la réponse modale d'ordre supérieur du quart de mécanisme de tube en céramique piézoélectrique sera causée. Par conséquent, selon la situation réelle, la forme d'onde de conduite utilisée dans cette expérience est la tension d'onde en dents de scie, et cette tension n'apparaît pas une distorsion grave de la forme d'onde.

Dans le même temps, combiné avec les résultats de l'analyse modale, dans la sélection du pas de temps d'intégration, la principale considération est de résoudre la fréquence de réponse, le pas de temps doit être suffisamment petit pour résoudre la réponse de mouvement de la structure. Selon le théorème d'échantillonnage, le pas de temps optimal est TS≤1 / 20F (l'usine est la fréquence naturelle du tube en céramique quart-piézoélectrique, la fréquence naturelle est obtenue à partir de la spécification des paramètres du produit et ts≤1 / (10 × 2 242) est obtenu. Le IT est pris comme 1,22 s, donc le pas de temps d'intégration de l'analyse transitoire du tube en céramique piézoélectrique est pris en 1 s en résumé, lors de l'analyse des vibrateurs piézoélectriques, en raison d'une variété de facteurs non linéaires telles que la grande déformation, la non-linéarité des matériaux et le contact, la matrice du système complète est utilisée pour calculer la réponse dynamique transitoire, c'est-à-dire sans aucune forme de simplification de la matrice. Cela minimisera les effets de la non-linéarité. L'analyse et la solution de dynamique transitoire sont effectué sur le quart de mécanisme de tube en céramique piézoélectrique. Les résultats de l'analyse sont les suivants. Lorsque la tension en dents de scie appliquée au quart de tube en céramique piézoélectrique est de 100 Hz et l'amplitude est de 150 V, La courbe du déplacement dans la direction Y du tube piézocéramique représenté en fonction du temps a été obtenue. Lorsqu'un signal d'étape avec une amplitude de tension de 270 V est appliqué, l'extrémité supérieure du tube piézocéramique est déplacée dans la direction y.

Le quartierTube piézoélectrique du matériau PZTGénera différentes contraintes d'amplitude sous l'action de la tension en dents de scie. La contrainte est analysée, et le résultat peut donner un certain guidage à l'installation du tube en céramique piézoélectrique, et peut prédire la position où la fatigue se produit. . Plus la couleur est foncée, plus la contrainte est grande. On peut voir que le haut du tube en céramique est sa zone de concentration de contrainte, où la fatigue et la fracture sont plus susceptibles de se produire, ce qui fournira des conseils théoriques pour l'installation et l'application de charges.