Даследаванне дынамікі п'езаэлектрычнай трубкі

П'езаэлектрычная кераміка - гэта тып крышталічнага матэрыялу, які падвяргаецца змене формы, такім як сціск або падаўжэнне, калі падвяргаецца механічнаму ўздзеянню. Па меры змены формы розныя зарады ўтвараюцца з абодвух бакоў крышталя. І наадварот, дадаўшы рознае напружанне на лінейныя п'езатрубы прывядуць да адпаведнага механічнага зрушэння або напружання. Чвэрцьп'езаэлектрычная керамічная трубка ўяўляе сабой полую цыліндрычную керамічную трубку з токаправодным пакрыццём на ўнутранай цыліндрычнай паверхні і чатырма токаправоднымі пластамі, аднолькавымі па плошчы, але ізаляванымі адзін ад аднаго. Прыкладанне напружання паміж токаправодным пластом унутранай паверхні і токаправодным пластом знешняй паверхні можа прывесці да таго, што керамічная трубка будзе вырабляць такую ​​форму руху, як выгіб, падаўжэнне або сферычны вянец. Каб правільна выкарыстоўваць керамічныя трубкі, неабходна правесці дынамічны аналіз.

Дынамічны аналіз керамічных труб на падаўжэнне

Калі выказаць здагадку, што прыкладзенае напружанне роўна нулю, на чатыры электроды па-за трубкай адначасова прыкладваецца станоўчае напружанне ў адным кірунку. Затым ёсць £1:1 S12· + d31·E3, дзе £ — дэфармацыя, а лічбы ад 1 да 6 абазначаюць напрамкі вектара каардынат, якія ўяўляюць z, Y, yz, z, xy адпаведна. Sl2 уяўляе сабой модуль пругкасці, d. Паказвае даўжыню, а E - напружанасць электрычнага поля. Дзе b - каэфіцыент глейкасці; з'яўляецца зрушэннем; J0 - шчыльнасць керамікі; А - плошча папярочнага перасеку керамічнай трубы; sfi - п'езаэлектрычны каэфіцыент.

Аналіз руху керамічнай трубкі пры згіне аналізуецца са статычнага аналізу рукі чалавека, а дэфармацыя аналізуецца геаметрычным метадам. У формуле l - даўжыня керамічнай трубкі; М — маса керамічнай трубкі на адзінку даўжыні.

Аналіз мадэлявання

З дапамогай прыведзенага вышэй тэарэтычнага аналізу ў спалучэнні з механічнымі ўраўненнямі падаўжэння і выгібу п'езаэлектрычны цыліндрычны пераўтваральнік , праграмнае забеспячэнне ANSYS выкарыстоўвалася ў эксперыментальных даследаваннях. Мадальны аналіз і аналіз дынамікі пераходных працэсаў керамічнай трубкі праводзяцца пры аналізе з улікам зачаплення і фактычнай праводнасці пры стварэнні мадэлі канчатковых элементаў. Чатырохцэнтавы цыліндрычны цыліндр пабудаваны і злучаны ў адно цэлае, каб гарантаваць, што адгезія паміж двума цыліндрамі не з'яўляецца токаправоднай, але перадача сілы і дэфармацыя адпавядаюць рэальнай сітуацыі.

Канчаткова-элементная сеткавая частка чвэрці п'езаэлектрычнай керамічнай трубкі

Чвэрць п'езаэлектрычнай керамічнай трубкі - гэта тыповая электрамеханічная прылада сувязі. Такім чынам, для блока падзелу сеткі чвэрць п'езаэлектрычнай керамічнай трубкі, тып канчатковых элементаў, які падтрымлівае аналіз спалучанага поля, павінен быць выкарыстаны. Аналіз спалучанага поля падтрымліваецца ў блоках lens3, solid5 і solid98 праграмнага забеспячэння ANSYS, дзе solid5 можна выкарыстоўваць для аналізу п'езаэлектрычных матэрыялаў. Мадэль solid5 - гэта трохмерная адзінка, якая складаецца з васьмі вузлоў, якія ўтвараюць шасцігранную структуру з максімум шасцю ступенямі свабоды на вузел. Для аналізу п'езаэлектрычных матэрыялаў выкарыстоўваюцца толькі тры ступені свабоды зрушэння і адна ступень свабоды па напрузе. Паказана канчатковая п'езаэлементная дыяграма п'езаэлектрычнай керамічнай трубкі, падзеленая на вузел машына-электрычнай сувязі solid5. Яны ўключаюць у сябе 2160 адзінак sol-id5 і 6020 адзінак solid95. Ступень свабоды цвёрдага цела5 усталявана роўнай чатырох, якія з'яўляюцца перамяшчэннямі UX, UZ і ступенню свабоды напружання VOLT у напрамках X, y і Z адпаведна.

Мадальны аналіз чвэрці п'езаэлектрычных керамічных трубак

Мадальны аналіз з'яўляецца асновай дынамічнага аналізу пераходных працэсаў, які можа вызначыць характарыстыкі вібрацыі чвэрці п'езаэлектрычнай керамічнай трубкі, а менавіта ўласную частату і форму рэжыму структуры, забяспечваючы тэарэтычную аснову для праектавання схемы прывада. Мадальны аналіз п'езакерамічнай трубкі спачатку вызначае межавыя ўмовы з сіметрычнай структурай. У адпаведнасці з рэальнай сітуацыяй у працэсе нанясення, абмежаванне нулявога зрушэння прымяняецца да ніжняй кантавой паверхні электрода. У той жа час вызначаюцца патэнцыйныя межавыя ўмовы п'езаэлектрычнай керамікі, а верхні і ніжні электроды двух суседніх п'езаэлектрычных керамічных лістоў злучаны вузлом і таксама вызначаюцца як электрычнае раз'яднанне. Мадальны аналіз структуры сістэмы затым выконваецца з дапамогай мадальнага поўнага вырашальніка, прадастаўленага ANSYS.

Аналіз пераходных працэсаў чвэрці п'езаэлектрычных керамічных трубак

Аналіз дынамікі пераходных працэсаў быў праведзены для назірання за дынамічнай рэакцыяй керамічнай трубкі, калі яна падвяргаецца любой нагрузцы, якая змяняецца ў часе. У аналізе ANSYS да чвэрці п'езаэлектрычнай керамічнай трубкі прыкладалася напружанне ў форме пілы, каб атрымаць вібрацыю пры выгіне п'езакерамічнай трубкі. У працэсе аналізу, з-за карэляцыі паміж нагрузкай і часам, сіла інэрцыі і дэмпфаванне з'яўляюцца двума важнымі аспектамі, якія трэба ўлічваць. Матрыца затухання атрымліваецца з пастаяннай затухання Рэйлвіга а, памножанай на матрыцу масы і матрыцу калянасці адпаведна. Блок электрамеханічнага злучэння ў канчатковай п'езаэлементнай мадэлі керамічнай трубкі з'яўляецца нелінейным вузлом, што ўскладняе рашэнне дынамічнага аналізу пераходных працэсаў. Такім чынам, метад інтэграла па часе выкарыстоўваецца для рашэння дынамічных дыферэнцыяльных ураўненняў у дыскрэтныя моманты часу. Прырост часу называецца крокам часу інтэгравання (ITS), і памер кроку непасрэдна ўплывае на дакладнасць рашэння аналізу пераходных працэсаў. Памер кроку - важны параметр у аналізе. Чым меншы крок па часе, тым вышэй дакладнасць. Аднак занадта малы крок інтэграцыі часу прывядзе да марнавання вылічальных рэсурсаў і нават можа прывесці да таго, што лікавы аналіз не будзе завершаны. Калі памер кроку занадта вялікі, будзе выклікана памылка вылічэння мадальнай характарыстыкі больш высокага парадку чвэрць п'езаэлектрычнага механізму з керамічнай трубкі. Такім чынам, у адпаведнасці з рэальнай сітуацыяй, вядучай формай хвалі, якая выкарыстоўваецца ў гэтым эксперыменце, з'яўляецца напружанне ў выглядзе пілападобных хваль, і гэта напружанне не з'яўляецца сур'ёзным скажэннем формы сігналу.

 У той жа час, у спалучэнні з вынікамі мадальнага аналізу, пры выбары кроку інтэгравання па часе галоўным фактарам з'яўляецца вызначэнне частаты водгуку, крок па часе павінен быць дастаткова малым, каб вырашыць рэакцыю на рух канструкцыі. У адпаведнасці з тэарэмай выбаркі, аптымальны крок па часе складае TS≤1/20f (заводская частата - гэта ўласная частата чвэрцьп'езаэлектрычнай керамічнай трубкі, уласная частата атрымана са спецыфікацыі параметраў прадукту, і атрымліваецца TS≤1/(10×2 242). ITS прымаецца роўным 1,22 с, таму крок інтэгравання па часе аналізу пераходных працэсаў чвэрці п'езаэлектрыка Керамічная трубка бярэцца за 1 с. Такім чынам, пры аналізе п'езаэлектрычных вібратараў, такіх як вялікая дэфармацыя, нелінейнасць матэрыялу і кантакт, для разліку пераходнай дынамічнай характарыстыкі выкарыстоўваецца поўная матрыца, гэта значыць без спрашчэння матрыцы. Гэта звядзе да мінімуму эфекты нелінейнасці Вынікі аналізу п'езаэлектрычнай трубкі з'яўляюцца наступнымі. Калі напружанне ў выглядзе пілы складае 100 Гц, а амплітуда складае 150 В, была атрымана крывая зрушэння п'езакерамічнай трубкі ў залежнасці ад часу. верхні канец п'езакерамічнай трубкі зрушаны ў напрамку y.

Квартал П'езаэлектрычная трубка з Pzt-матэрыялу будзе генераваць розную амплітуду напружання пад дзеяннем пілападобных напруг. Напружанне аналізуецца, і вынік можа даць пэўныя рэкамендацыі па ўстаноўцы п'езаэлектрычнай керамічнай трубкі, а таксама можа прадказаць становішча, дзе ўзнікае стомленасць. Ён паказвае глабальнае напружанне корпуса вібратара падчас аналізу пераходных працэсаў і паказвае максімальнае лакальнае напружанне. чым цямнейшы колер, тым большы стрэс. Можна заўважыць, што верхняя частка керамічнай трубы з'яўляецца зонай канцэнтрацыі напружання, дзе найбольш верагодна ўзнікненне стомленасці і разбурэння, што дасць тэарэтычныя ўказанні для ўстаноўкі і прымянення нагрузак.