Nombre Parcourir:0 auteur:Éditeur du site publier Temps: 2018-09-12 origine:Propulsé
Tube rond en céramique piézoélectriqueest une unité couramment utilisée pour l'unité de transducteur acoustique. Il a une structure simple, des performances stables, une disposition pratique, une directivité uniforme le long de la direction radiale et une sensibilité élevée. Par conséquent, il est principalement utilisé dans les domaines de l'acoustique sous-marine, de la géologie et de l'exploration pétrolière. Les caractéristiques de vibration du vibrateur affectent directement les performances dynamiques du transducteur. L'étude de son mode de vibration est la base de la conception d'un tel transducteur. Par conséquent, ce travail a une importance théorique et pratique importante. Le vibrateur tubulaire circulaire est divisé en trois types: polarisation axiale, tangentielle et radiale. Les électrodes d'excitation des oscillateurs axiales et tangentiellement polarisées sont différentes des électrodes polarisées et le rapport de tension de polarisation et d'excitation de l'oscillateur polarisé axialement.
La polarisation est beaucoup plus élevée et il n'y a presque aucune application dans l'ingénierie. Ils sont un oscillateur radialement polarisé et radialement excité, l'électrode polarisée et l'électrode d'excitation peuvent être combinées en une seule, et la tension de polarisation et d'excitation est également faible, ce qui est plus dans le processus de fabrication. Il existe des avantages et des applications pratiques. Concernant le mode de vibration radiale de la polarisation radialementtransducteur de tube piézoélectriqueVibrateur, les études précédentes ont principalement adopté la théorie du film mince ou de la coquille mince. La théorie de la petite couche mince ignore la contrainte de cisaillement et la contrainte normale radiale dans l'équation du mouvement, et la théorie de la coquille mince conserve la contrainte de cisaillement. La théorie ne s'applique qu'aux vibrateurs de taille spéciale, tels que des murs minces, et des situations idéales où les dimensions longitudinales et radiales sont des ordres de grandeur supérieurs à l'épaisseur. Cela apporte un inconvénient à l'application. Les prédécesseurs ont également étudié les modes de vibration radiale des vibrateurs à parois épaisses, mais ils ont adopté différentes approximations. Par exemple, la céramique piézoélectrique est considérée comme des matériaux isotropes, et la série est coupée dans le processus de fonctionnement. Starting from the piezoelectric and motion equations of the thick-walled slender vibrator of piezoelectric ceramics, combining with the electrostatic charge equation of the vibrator, the radial vibration is studied to obtain the electrical admittance expression, and the resonant and anti-resonant frequency equations of le vibrateur est dérivé. L'élément fini effectue une analyse modale. Les résultats montrent que les résultats du calcul théorique sont en bon accord avec les résultats de simulation par éléments finis.
La figure montre un tube mince à paroi épais en céramique piézoélectrique. Pour la commodité de la recherche, cet article adopte le système de coordonnées cylindriques et prend l'ordre de θ -1, z-2, r-3, 2l est la longueur du vibrateur, et A est le rayon intérieur du vibrateur. , b est le rayon extérieur du vibrateur, et l'allongementtubes à cylindre piézoélectrique acoustiquesont infiniment longs dans la direction z, donc le vibrateur piézoélectrique fait une vibration axisymétrique.
Dans la figure, la direction de polarisation et la direction d'excitation du vibrateur sont toutes deux dans la direction radiale, c'est-à-dire la direction r dupile de tubes piézoresLa céramique piézoélectrique est soumise au traitement de polarisation radiale est un matériau isotrope (isotrope dans la direction θ z) perpendiculaire à la direction de polarisation, le processus piézoélectrique de type e
(2) Étant donné que la vibration du tube mince est symétrique autour de l'axe z, les composants de déplacement et de champ électrique sont satisfaits: le tube mince est très long, donc l'étude du tube mince appartient au problème de la déformation plan Les composants de déplacement et de champ électrique n'existent que dans le plan orθ.
Caractéristiques de vibration mécanique
Les vibrateurs en céramique piézoélectrique sont principalement des excitations harmoniques à utiliser. Le champ électrique et les distributions de déplacement à l'état d'équilibre sont soumis aux harmoniques. Les calculs théoriques et les valeurs de simulation finie de la résonance des vibrations radiales et la fréquence anti-résonance du vibrateur de tube mince sont les valeurs calculées théoriques du coefficient de couplage électromécanique effectif sont en bon accord avec les valeurs de simulation numérique d'éléments finis, qui explique la rationalité de la méthode de dérivation théorique pour la vibration radiale du tube mince. Le tableau 1 montre la variation de la fréquence de résonance de résonance du vibrateur de céramique piézoélectrique avec l'épaisseur. On peut voir à partir des données du tableau que la fréquence anti-résonance de résonance du vibrateur avec la même longueur et le même diamètre intérieur devient plus petite avec l'augmentation de l'épaisseur, et les vibrateurs 2 et 3 peuvent être clairement visibles. 4 est un vibrateur à parois épais. D'après la comparaison du calcul entraîne le tableau, la théorie est applicable aux vibrateurs à parois épaisses avec de petites erreurs. Le tableau montre la loi de variation de la fréquence anti-résonance de résonance deélément de tubes piézoélectriquesvibrateurs avec différentes longueurs. On peut voir à partir de la comparaison des données du tableau que le modèle est satisfait. Sous la prémisse, les résonateurs ayant les mêmes diamètres intérieurs et extérieurs ont des fréquences anti-résonance de résonance différentes.
en conclusion
Dans cet article, combiné à la déformation plane et à la théorie des mécanismes élastiques piézoélectriques tridimensionnels, la vibration radiale de la céramique piézoélectrique à parois épaisses radialement polarisée est réalisée par la solution exacte de la fonction de désinvolture et de la fonction potentielle . Pour la première fois, le nano-trous de conductance équivalent du vibrateur à paroi épaisse est étudié, et l'équation de fréquence anti-résonance résonante exacte est obtenue et vérifiée par analyse par éléments finis. L'analyse ci-dessus montre que la théorie de la paroi épaisse est utilisée dans cet article. En résumé, les conclusions suivantes sont tirées par des aspects.
(1) La vibration radiale du tube mince à paroi épais polarisée radialement appartient à une vibration axisymétrique;
(2) Le problème du tube mince est simplifié au problème de déformation du plan lorsque le modèle est établi. Le terme d'erreur relatif peut être constaté que l'épaisseur de la paroi n'a aucun effet sur les résultats du calcul lorsque le modèle exigetransducteur de tube piézocéramiquesont rencontrés et la précision est plus élevée que le film et la théorie des coquilles minces;
(3) Dans l'utilisation réelle, le tube mince n'a besoin que de satisfaire. S'il n'est pas satisfait, il peut y avoir une erreur;
(4) La fréquence de résonance du vibrateur est analysée par méthode numérique. Les résultats montrent que la fréquence de résonance et la méthode numérique dérivée de la théorie sont utilisées pour obtenir la fréquence de résonance et la méthode numérique.
