Dinamika Navorsing Van Piezo-elektrisiteit Tube

Piëso-elektriese keramiek is 'n tipe kristalmateriaal wat 'n vormverandering ondergaan soos kompressie of verlenging wanneer dit aan meganiese spanning onderwerp word. Soos die vorm verander, word verskillende ladings aan beide kante van die kristal gegenereer. Omgekeerd, voeg 'n ander spanning oor die lineêre piëzo-buise sal ' n ooreenstemmende meganiese verplasing of spanning tot gevolg hê. Die kwart-piezo-elektriese keramiekbuis is 'n hol silindriese keramiekbuis met 'n geleidende deklaag op die binneste silindriese oppervlak en vier geleidende lae wat ewe groot is, maar van mekaar geïsoleer is. Die toepassing van 'n spanning tussen die geleidende laag van die binneoppervlak en die geleidende laag van die buitenste oppervlak kan veroorsaak dat die keramiekbuis 'n vorm van beweging produseer soos buiging, verlenging of 'n sferiese kroon. Om keramiekbuise behoorlik te gebruik, moet dinamiese analise uitgevoer word.

Dinamiese analise van keramiekbuise in verlenging

As aanvaar word dat die toegepaste spanning nulspanning is wat op die buis toegepas word, word die vier elektrodes buite die buis gelyktydig met 'n positiewe spanning in dieselfde rigting toegepas. Dan is daar £1:1 S12· + d31·E3 waar £ vervorming is, en nommers 1 tot 6 verteenwoordig koördinaatvektorrigtings, wat z, Y, yz, z, xy onderskeidelik verteenwoordig. Sl2 verteenwoordig die elastisiteitsmodulus, d. Dui die lengte aan en E is die elektriese veldsterkte. Waar b die viskositeitskoëffisiënt is; is die verplasing; J0 is die keramiekdigtheid; A is die deursnee-area van die keramiekbuis; sfi is die piëso-elektriese koëffisiënt.

Die bewegingsanalise van die keramiekbuis tydens buiging word ontleed uit die statiese analise van die menslike hand, en die vervorming word volgens meetkundige metode ontleed. In die formule is l die lengte van die keramiekbuis; M is die massa van die keramiekbuis per lengte-eenheid.

Simulasie analise

Deur bogenoemde teoretiese analise, gekombineer met die meganiese vergelykings van verlenging en buiging van piëzo-elektriese silinder transducer , ANSYS sagteware is gebruik in die eksperimentele navorsing. Die modale analise en verbygaande dinamika-analise van die keramiekbuis word in die analise uitgevoer, met inagneming van die ineenskakeling en werklike geleiding wanneer die eindige element model daargestel word. Die viersent silindriese silinder is gebou en as 'n geheel saamgebind om te verseker dat die adhesie tussen die twee silinders nie geleidend is nie, maar die kragoordrag en vervorming ooreenstem met die werklike situasie.

Eindige element gaas verdeling van kwart piëzo-elektriese keramiekbuis

Die kwart-piezo-elektriese keramiekbuis is 'n tipiese elektromeganiese koppeltoestel. Daarom, vir die roosterverdelingseenheid van die kwart-piezo-elektriese keramiekbuis, moet die eindige element tipe wat die gekoppelde veldanalise ondersteun, gebruik word. Gekoppelde veldanalise word ondersteun in die lens3-, solid5- en solid98-eenhede van ANSYS-sagteware, waar solid5 gebruik kan word om piëso-elektriese materiale te ontleed. Die solid5-model is 'n driedimensionele eenheid wat bestaan ​​uit agt nodusse wat 'n heksaëdriese struktuur vorm met 'n maksimum van ses grade van vryheid per nodus. Slegs drie verplasingsgrade van vryheid en een spanningsgraad van vryheid word gebruik vir die ontleding van piëso-elektriese materiale. Die eindige piëzo-elementdiagram van die piëzo-elektriese keramiekbuis gedeel deur die solid5 masjien-elektriese koppelingseenheid word getoon. Dit sluit 2 160 sol-id5 eenhede en 6 020 solid95 eenhede in. Die vryheidsgraad van vastestof5 is op vier gestel, wat die verplasings UX, UZ en 'n spanningsgraad van vryheid VOLT in die X-, y- en Z-rigtings onderskeidelik is.

Modale analise van kwart piëzo-elektriese keramiekbuise

Modale analise is die basis van dinamiese verbygaande analise, wat die vibrasie-eienskappe van die kwart piëzo-elektriese keramiekbuis kan bepaal, naamlik die natuurlike frekwensie en modusvorm van die struktuur, wat 'n teoretiese basis bied vir die ontwerp van die dryfkring. Die modale analise van 'n piëzokeramiese buis definieer eers die grenstoestande met 'n simmetriese struktuur. Volgens die werklike situasie in die aanwendingsproses word 'n nulverplasingsbeperking op die onderste eindoppervlak van die elektrode toegepas. Terselfdertyd word die potensiële grenstoestande van die piëzo-elektriese keramiek gedefinieer, en die boonste en onderste elektrodes van die aangrensende twee piëso-elektriese keramiekplate word deur 'n knoop gekoppel, en word ook gedefinieer as 'n elektriese ontkoppeling. Die modale analise van die stelselstruktuur word dan uitgevoer met behulp van die modale volledige oplosser wat deur ANSYS verskaf word.

Verbygaande analise van kwart piëzo-elektriese keramiekbuise

Die verbygaande dinamika-analise is uitgevoer om die dinamiese reaksie van die keramiekbuis waar te neem soos dit enige tyd-varierende las ondergaan. In die ANSYS-analise is die saagtandspanning op die kwart piëzo-elektriese keramiekbuis toegepas om die buigvibrasie van die piëzo-keramiekbuis te verkry. In die ontledingsproses, as gevolg van die korrelasie tussen las en tyd, is traagheidskrag en demping twee belangrike aspekte wat in ag geneem moet word. Die dempingsmatriks word verkry deur Raylwigh-dempkonstante a, vermenigvuldig met onderskeidelik massamatriks en styfheidsmatriks. Die elektromeganiese koppelingseenheid in die eindige piëzo-elementmodel van keramiekbuis is 'n nie-lineêre eenheid, wat probleme met die oplossing van verbygaande dinamiese analise meebring. Daarom word die tyd-integraalmetode gebruik om die dinamiese differensiaalvergelykings op diskrete tydpunte op te los. Die tydtoename word die integrasietydstap (ITS) genoem, en die grootte van die stap beïnvloed direk die akkuraatheid van die verbygaande analise-oplossing. Die stapgrootte is 'n belangrike parameter in die analise. Hoe kleiner die tydstap, hoe hoër is die akkuraatheid. 'n Te klein tydsintegrasiestap sal egter rekenaarhulpbronne mors en kan selfs daartoe lei dat numeriese analise nie voltooi word nie. As die stapgrootte te groot is, sal die berekeningsfout van die hoër-orde modale reaksie van die kwart piëso-elektriese keramiekbuismeganisme veroorsaak word. Daarom, volgens die werklike situasie, is die dryfgolfvorm wat in hierdie eksperiment gebruik word, die saagtandgolfspanning, en hierdie spanning lyk nie as ernstige golfvormvervorming nie.

 Terselfdertyd, gekombineer met die resultate van die modale analise, in die keuse van die integrasietydstap, is die hoofoorweging om die reaksiefrekwensie op te los, die tydstap moet klein genoeg wees om die bewegingsreaksie van die struktuur op te los. Volgens die steekproefstelling is die optimale tydstap TS≤1/20f (die fabriek is die natuurlike frekwensie van die kwart-piezo-elektriese keramiekbuis, die natuurlike frekwensie word verkry uit die produkparameterspesifikasie, en TS≤1/(10×2 242) word verkry. Die ITS word geneem as 1.22 S ontledingstyd van die transiente pieelect, dus die integrasie-tyd van die 1.22 S. keramiese buis word geneem as 1 s. Opsommend, by die ontleding van piëzo-elektriese vibrators, as gevolg van 'n verskeidenheid van nie-lineêre faktore soos groot vervorming, materiaal nie-lineariteit en kontak, die volledige stelsel matriks word gebruik om die verbygaande dinamiese respons te bereken, dit wil sê, sonder enige vorm van vereenvoudiging van die matriks die analise van die dinamiese effek word uitgevoer op die kwart piëzo-elektriese buismeganisme Die ontledingsresultate is soos volg Wanneer die saagtandspanning aangebring op die kwart piëzo-elektriese keramiekbuis 100 Hz is en die amplitude is 150 V, Die kromme van die verplasing in die y-rigting van die piëzo-keramiese buis is verkry as 'n funksie van 'n 2 amp toegedien word, word die boonste punt van die piëzokeramiekbuis in die y-rigting verplaas.

Die kwartaal Pzt materiaal piëso-elektriese buis sal verskillende amplitudespannings genereer onder die werking van die saagtandspanning. Die spanning word ontleed, en die resultaat kan 'n sekere leiding gee vir die installering van die piëzo-elektriese keramiekbuis, en kan die posisie voorspel waar moegheid voorkom. dit toon die globale spanning van die vibratorliggaam tydens verbygaande analise, en toon die maksimum plaaslike spanning. hoe donkerder die kleur, hoe groter is die spanning. Daar kan gesien word dat die bokant van die keramiekbuis sy spanningskonsentrasiesone is, waar moegheid en breuk die meeste sal voorkom, wat teoretiese leiding sal gee vir installering en toepassing van vragte.