بحث عن الاهتزاز الشعاعي للأسطوانة المجوفة الكهرضغطية ذات الاستقطاب الشعاعي (2)

الأنبوب الدائري الخزفي الكهرضغطي شائع الاستخدام لوحدة محول الطاقة الصوتية. إنه ذو هيكل بسيط، وأداء مستقر، وتخطيط مناسب، واتجاه موحد على طول الاتجاه الشعاعي وحساسية عالية. لذلك، يتم استخدامه في الغالب في مجالات الصوتيات تحت الماء والجيولوجيا والتنقيب عن النفط. تؤثر خصائص اهتزاز الهزاز بشكل مباشر على الأداء الديناميكي لمحول الطاقة. إن دراسة وضع الاهتزاز الخاص به هي أساس تصميم محول الطاقة هذا. ولذلك، فإن هذا العمل له أهمية نظرية وعملية هامة. ينقسم الهزاز الأنبوبي الدائري إلى ثلاثة أنواع: الاستقطاب المحوري والتماسي والشعاعي. تختلف أقطاب إثارة المذبذب المحوري والمستقطب عرضيًا عن الأقطاب الكهربائية المستقطبة، كما تختلف نسبة جهد الاستقطاب والإثارة للمذبذب المستقطب محوريًا.

الاستقطاب أعلى بكثير، ولا يوجد أي تطبيق تقريبًا في الهندسة. إنها مستقطبة شعاعيًا، ومذبذب متحمس شعاعيًا، ويمكن دمج القطب المستقطب وقطب الإثارة في واحد، كما أن جهد الاستقطاب والإثارة منخفض أيضًا، وهو أكثر في عملية التصنيع. هناك مزايا وتطبيقات عملية. فيما يتعلق بوضع الاهتزاز الشعاعي للمستقطب شعاعيًا هزاز محول الأنبوب الكهروإجهادي ، اعتمدت الدراسات السابقة في الغالب نظرية الأغشية الرقيقة أو القشرة الرقيقة. تتجاهل نظرية الأغشية الرقيقة إجهاد القص والإجهاد العمودي العمودي في معادلة الحركة، وتحتفظ نظرية القشرة الرقيقة بإجهاد القص. تنطبق النظرية فقط على الهزازات ذات الحجم الخاص، مثل الجدران الرقيقة، والمواقف المثالية حيث تكون الأبعاد الطولية والشعاعية أكبر من السُمك. وهذا يسبب إزعاجًا للتطبيق. لقد درس الأسلاف أيضًا أوضاع الاهتزاز الشعاعي للهزازات ذات الجدران السميكة، لكنهم اعتمدوا تقديرات تقريبية مختلفة. على سبيل المثال، يعتبر السيراميك الكهرضغطي مواد متناحية، ويتم قطع السلسلة أثناء عملية التشغيل. بدءاً من معادلات الحركة والكهرضغطية للهزاز النحيف ذو الجدران السميكة من السيراميك الكهرضغطي، مع دمج معادلة الشحنة الكهروستاتيكية للهزاز، تتم دراسة الاهتزاز الشعاعي للحصول على تعبير القبول الكهربائي، ويتم اشتقاق معادلات تردد الرنين والمضادة للرنين للهزاز. يقوم العنصر المحدود بإجراء تحليل مشروط. أظهرت النتائج أن نتائج الحساب النظري تتفق بشكل جيد مع نتائج محاكاة العناصر المحدودة.

يوضح الشكل أنبوبًا نحيفًا سميك الجدران من السيراميك الكهرضغطي. لتسهيل البحث، تعتمد هذه الورقة نظام الإحداثيات الأسطواني وتأخذ الترتيب θ -1، z-2، r-3، 2L هو طول الهزاز، وa هو نصف القطر الداخلي للهزاز. ، ب هو نصف القطر الخارجي للهزاز، والممدود أنابيب الأسطوانات الكهرضغطية الصوتية طويلة بشكل لا نهائي في الاتجاه z، وبالتالي فإن الهزاز الكهرضغطي يصدر اهتزازًا متماثل المحور.

في الشكل، يكون اتجاه الاستقطاب واتجاه الإثارة للهزاز في الاتجاه الشعاعي، أي الاتجاه r للهزاز المكدس للأنبوب الانضغاطي إلى معالجة الاستقطاب الشعاعي وهو عبارة عن مادة متناحية (متناحية في الاتجاه θ z) متعامدة مع اتجاه الاستقطاب، عملية كهرضغطية من النوع E للاهتزاز المحوري للأنبوب النحيف تحت إحداثيات أسطوانية يتعرض السيراميك الكهرضغطي

(2) نظرًا لأن اهتزاز الأنبوب النحيف متماثل حول المحور z، فإن مكونات الإزاحة والمجال الكهربائي راضية: الأنبوب النحيف طويل جدًا، وبالتالي فإن دراسة الأنبوب النحيف تنتمي إلى مشكلة إجهاد المستوى، ومكونات الإزاحة والمجال الكهربائي موجودة فقط في المستوى orθ.

خصائص الاهتزاز الميكانيكية

الهزازات الخزفية الكهرضغطية هي في الغالب عبارة عن إثارة توافقية للاستخدام. يخضع المجال الكهربائي وتوزيعات إزاحة الحالة المستقرة للتوافقيات. الحسابات النظرية وقيم المحاكاة المحدودة لرنين الاهتزاز الشعاعي وتردد الرنين المضاد لهزاز الأنبوب الرفيع هي القيم النظرية المحسوبة لمعامل الاقتران الكهروميكانيكي الفعال تتوافق بشكل جيد مع قيم المحاكاة العددية للعناصر المحدودة، وهو ما يفسر عقلانية طريقة الاشتقاق النظري للاهتزاز الشعاعي للأنبوب الرفيع. يوضح الجدول 1 تباين تردد الرنين لهزاز السيراميك الكهرضغطي مع السماكة. يمكن ملاحظة من البيانات الموجودة في الجدول أن تردد الرنين المضاد للرنين للهزاز الذي له نفس الطول ونفس القطر الداخلي يصبح أصغر مع زيادة السُمك، ويمكن رؤية الهزازين 2 و3 بوضوح. 4 هو هزاز ذو جدران سميكة. من خلال مقارنة نتائج الحسابات في الجدول، تنطبق النظرية على الهزازات ذات الجدران السميكة ذات الأخطاء الصغيرة. يوضح الجدول قانون الاختلاف لتردد الرنين المضاد للرنين أنابيب كهرضغطية تحتوي على هزازات بأطوال مختلفة. ويمكن ملاحظة من مقارنة البيانات في الجدول أن النموذج راضٍ. في ظل هذه الفرضية، فإن الرنانات التي لها نفس الأقطار الداخلية والخارجية لها ترددات رنين مضادة للرنين مختلفة.

ختاماً

في هذا البحث، بالاشتراك مع نظرية السلالة المستوية ونظرية الميكانيكا المرنة الكهروضغطية ثلاثية الأبعاد، يتم تنفيذ الاهتزاز الشعاعي للأنبوب النحيف الخزفي الكهروضغطي ذو الجدران السميكة والمستقطب شعاعيًا. تحصل الدراسة على الحل الدقيق لوظيفة الإزاحة والوظيفة المحتملة. لأول مرة، تمت دراسة فتحة النانو المكافئة للهزاز ذي الجدران السميكة، وتم الحصول على معادلة تردد الرنين المضاد للرنين الدقيقة والتحقق منها من خلال تحليل العناصر المحدودة. يوضح التحليل أعلاه أن نظرية الجدار السميك مستخدمة في هذه الورقة. وباختصار، يتم استخلاص الاستنتاجات التالية من الجوانب. 

(1) ينتمي الاهتزاز الشعاعي للأنبوب النحيف ذو الجدران السميكة المستقطب شعاعيًا إلى الاهتزاز المحوري؛ 

(2) تم تبسيط مشكلة الأنبوب الرفيع إلى مشكلة إجهاد المستوى عند إنشاء النموذج. يمكن رؤية مصطلح الخطأ النسبي أن سمك الجدار ليس له أي تأثير على نتائج الحساب عندما تكون متطلبات النموذج تم استيفاء محول الأنبوب الخزفي ، والدقة أعلى من نظرية الفيلم والقشرة الرقيقة؛

(3) في الاستخدام الفعلي، يحتاج الأنبوب النحيف فقط إلى الإرضاء. إذا لم يكن راضيا، قد يكون هناك بعض الخطأ؛

(4) يتم تحليل تردد الرنين للهزاز بالطريقة العددية. أظهرت النتائج أنه تم استخدام تردد الرنين والطريقة العددية المشتقة من النظرية للحصول على تردد الرنين والطريقة العددية.