Navorsing oor die radiale vibrasie van piëso-elektriese hol silinder met radiale polarisasie(2)

Piezo-elektriese keramiek ronde buis word algemeen gebruik vir die akoestiese transducer eenheid. Dit het eenvoudige struktuur, stabiele werkverrigting, gerieflike uitleg, eenvormige rigting in die radiale rigting en hoë sensitiwiteit. Daarom word dit meestal gebruik in die velde van onderwater akoestiek, geologie en petroleum eksplorasie. Die vibrasie-eienskappe van die vibrator beïnvloed die dinamiese werkverrigting van die omskakelaar direk. Die studie van sy vibrasiemodus is die basis van die ontwerp van so 'n transducer. Daarom het hierdie werk belangrike teoretiese en praktiese betekenis. Die sirkelvormige buisvibrator word in drie tipes verdeel: aksiale, tangensiële en radiale polarisasie. Die aksiale en tangensiaal gepolariseerde ossillator-opwekkingselektrodes verskil van die gepolariseerde elektrodes, en die polarisasie- en opwekkingsspanningverhouding van die aksiaal gepolariseerde ossillator.

Die polarisasie is baie hoër, en daar is byna geen toepassing in die ingenieurswese nie. Hulle is radiaal gepolariseerde, radiaal opgewekte ossillator, die gepolariseerde elektrode en die opwekkingselektrode kan in een gekombineer word, en die polarisasie en opwekkingsspanning is ook laag, wat meer in die vervaardigingsproses is. Daar is voordele en praktiese toepassings. Met betrekking tot die radiale vibrasiemodus van die radiaal gepolariseerde piëzo-elektriese buis transducer vibrator, die vorige studies het meestal die teorie van dun film of dun dop aangeneem. Die dunfilmteorie ignoreer die skuifspanning en die radiale normale spanning in die bewegingsvergelyking, en die dundop-teorie behou die skuifspanning. Die teorie is slegs van toepassing op spesiale-grootte vibrators, soos dun mure, en ideale situasies waar die lengte- en radiale afmetings ordes van grootte groter as die dikte is. Dit bring ongerief vir die toepassing mee. Die voorgangers het ook die radiale vibrasiemodusse van dikwandige vibrators bestudeer, maar hulle het verskillende benaderings aangeneem. Byvoorbeeld, piëso-elektriese keramiek word as isotropiese materiale beskou, en die reeks word in die operasieproses afgesny. Begin van die piëso-elektriese en bewegingsvergelykings van die dikwandige skraal vibrator van piëso-elektriese keramiek, kombineer met die elektrostatiese ladingsvergelyking van die vibrator, word die radiale vibrasie bestudeer om die elektriese admittansie-uitdrukking te verkry, en die resonante en anti-resonante frekwensievergelykings is afgelei van die vibrasie. Die eindige element voer modale analise uit. Die resultate toon dat die teoretiese berekeningsresultate goed ooreenstem met die eindige element simulasie resultate.

Die figuur toon 'n piëzo-elektriese keramiek dikwandige skraal buis. Vir die gerief van navorsing, neem hierdie artikel die silindriese koördinaatstelsel aan en neem die orde van θ -1, z-2, r-3, 2L is die lengte van die vibrator, en a is die binneradius van die vibrator. , b is die buitenste radius van die vibrator, en die verlengde akoestiese piëso-elektriese silinderbuise is oneindig lank in die z-rigting, so die piëso-elektriese vibrator maak 'n aksimmetriese vibrasie.

In die figuur is die polarisasierigting en die opwekkingsrigting van die vibrator beide in die radiale rigting, dit wil sê die r-rigting van die piëzo buis stapel piëzo-elektriese keramiek is onderworpe aan die radiale polarisasie behandeling is 'n isotropiese materiaal (isotroop in die θ z rigting) loodreg op die polarisasie rigting, E-tipe piëzo-elektriese proses van aksimmetriese vibrasie van slanke buis onder silindriese koördinate

(2) Aangesien die vibrasie van die skraal buis simmetries om die z-as is, is die verplasings- en elektriese veldkomponente bevredig: die skraal buis is baie lank, dus die studie van die skraal buis behoort tot die vlakvervormingsprobleem, en die verplasings- en elektriese veldkomponente bestaan ​​slegs in die orθ-vlak.

Meganiese vibrasie eienskappe

Piëso-elektriese keramiekvibrators is meestal harmoniese opwekkings om te gebruik. Die elektriese veld en bestendige-toestand verplasingsverdelings is onderhewig aan die harmonieke. Die teoretiese berekeninge en eindige simulasie waardes van die radiale vibrasie resonansie en anti-resonansie frekwensie van die skraal buis vibrator is die teoretiese berekende waardes van die effektiewe elektromeganiese koppelingskoëffisiënt is in goeie ooreenstemming met die eindige element numeriese simulasie waardes, wat die rasionaliteit van die teoretiese radiale afleiding metode van die slanke buis vibrasie metode verduidelik. Tabel 1 toon die variasie van die resonansie resonansie frekwensie van die piëso-elektriese keramiek vibrator met die dikte. Dit kan gesien word uit die data in die tabel dat die resonansie anti-resonansie frekwensie van die vibrator met dieselfde lengte en dieselfde binnedeursnee kleiner word met die toename van die dikte, en die vibrators 2 en 3 kan duidelik gesien word. 4 is 'n dikwandige vibrator. Uit die vergelyking van die berekeningsresultate in die tabel is die teorie van toepassing op dikwandige vibrators met klein foute. Tabel toon die variasie wet van die resonansie anti-resonansie frekwensie van piëzo-elektriese buise element vibrators met verskillende lengtes. Uit die vergelyking van die data in die tabel kan gesien word dat die model bevredig is. Volgens die uitgangspunt het die resonators met dieselfde binne- en buitediameters verskillende resonansie-anti-resonansie frekwensies.

ten slotte

In hierdie vraestel, gekombineer met die vlakvervorming en driedimensionele piëso-elektriese elastiese meganika-teorie, word die radiale vibrasie van die radiaal gepolariseerde dikwandige piëso-elektriese keramiek slanke buis uitgevoer. Die studie verkry die presiese oplossing van die verplasingsfunksie en die potensiële funksie. Vir die eerste keer word die ekwivalente geleiding nano-gat van die dikwandige vibrator bestudeer, en die presiese resonante anti-resonansie frekwensie vergelyking word verkry en geverifieer deur eindige element analise. Die ontleding hierbo toon dat die dikwandteorie in hierdie vraestel gebruik word. Samevattend word die volgende gevolgtrekkings deur aspekte gemaak. 

(1) Die radiale vibrasie van die radiaal gepolariseerde dikwandige skraal buis behoort aan aksimmetriese vibrasie; 

(2) Die skraalbuisprobleem word vereenvoudig tot die vlakrekprobleem wanneer die model gevestig is. Die relatiewe foutterm kan gesien word dat die wanddikte geen effek op die berekeningsresultate het wanneer die modelvereistes van piëzokeramiese buistransducer word nagekom, en die akkuraatheid is hoër as die film- en dundop-teorie;

(3) In die werklike gebruik hoef die skraal buis net te bevredig. As dit nie bevredig is nie, kan daar 'n fout wees;

(4) Die resonansiefrekwensie van die vibrator word volgens numeriese metode ontleed. Die resultate toon dat die resonansiefrekwensie en numeriese metode afgelei van die teorie gebruik word om die resonansiefrekwensie en numeriese metode te verkry.