Výzkum radiálních vibrací piezoelektrického dutého válce s radiální polarizací(2)

Piezoelektrická keramická kruhová trubice se běžně používá pro jednotku akustického měniče. Má jednoduchou strukturu, stabilní výkon, pohodlné uspořádání, jednotnou směrovost podél radiálního směru a vysokou citlivost. Proto se nejvíce používá v oblasti podvodní akustiky, geologie a průzkumu ropy. Vibrační charakteristiky vibrátoru přímo ovlivňují dynamický výkon převodníku. Studium jeho vibračního režimu je základem návrhu takového měniče. Proto má tato práce důležitý teoretický i praktický význam. Kruhový trubkový vibrátor se dělí na tři typy: axiální, tangenciální a radiální polarizaci. Axiálně a tangenciálně polarizované excitační elektrody oscilátoru se liší od polarizovaných elektrod a poměr polarizace a excitačního napětí axiálně polarizovaného oscilátoru .

Polarizace je mnohem vyšší a ve strojírenství není téměř žádné uplatnění. Jsou radiálně polarizovaný, radiálně buzený oscilátor, polarizovanou elektrodu a budicí elektrodu lze spojit do jedné a polarizační a budicí napětí je také nízké, což je spíše ve výrobním procesu. Existují výhody a praktické aplikace. Pokud jde o radiální vibrační režim radiálně polarizovaného piezoelektrický trubkový měnič vibrátoru, předchozí studie většinou přijaly teorii tenkého filmu nebo tenkého pláště. Teorie tenkých vrstev ignoruje smykové napětí a radiální normálové napětí v pohybové rovnici a teorie tenké skořepiny zachovává smykové napětí. Tato teorie platí pouze pro vibrátory speciální velikosti, jako jsou tenké stěny, a ideální situace, kdy jsou podélné a radiální rozměry řádově větší než tloušťka. To přináší nepříjemnosti při aplikaci. Předchůdci také studovali režimy radiálních vibrací silnostěnných vibrátorů, ale přijali různé přiblížení. Například piezoelektrická keramika je považována za izotropní materiály a řada je v provozním procesu odříznuta. Počínaje piezoelektrickými a pohybovými rovnicemi silnostěnného štíhlého vibrátoru z piezoelektrické keramiky v kombinaci s rovnicí elektrostatického náboje vibrátoru je studována radiální vibrace za účelem získání vyjádření elektrické admitance a jsou odvozeny rovnice rezonanční a antirezonanční frekvence vibrátoru. Konečný prvek provádí modální analýzu. Výsledky ukazují, že teoretické výsledky výpočtů jsou v dobré shodě s výsledky simulace metodou konečných prvků.

Na obrázku je piezoelektrická keramická silnostěnná štíhlá trubice. Pro usnadnění výzkumu tento dokument používá válcový souřadnicový systém a má řád θ -1, z-2, r-3, 2L je délka vibrátoru a a je vnitřní poloměr vibrátoru. , b je vnější poloměr vibrátoru a podlouhlý Trubky akustického piezoelektrického válce jsou ve směru z nekonečně dlouhé, takže piezoelektrický vibrátor vytváří osově symetrické vibrace.

Na obrázku je směr polarizace a směr buzení vibrátoru v radiálním směru, to znamená ve směru r vibrátoru. sestava piezoelektrických trubic piezoelektrická keramika podrobená radiální polarizaci je izotropní materiál (izotropní ve směru θ z) kolmý ke směru polarizace, piezoelektrický proces typu E osově symetrické vibrace štíhlé trubice pod válcovými souřadnicemi

(2) Vzhledem k tomu, že vibrace štíhlé trubice jsou symetrické kolem osy z, jsou splněny složky posunutí a elektrického pole: štíhlá trubka je velmi dlouhá, takže studium štíhlé trubky patří k problému rovinné deformace a složky posunutí a elektrického pole existují pouze v rovině orθ.

Mechanické vibrační charakteristiky

Piezoelektrické keramické vibrátory jsou většinou harmonické buzení. Elektrické pole a distribuce posunu v ustáleném stavu podléhají harmonickým. Teoretické výpočty a konečné simulační hodnoty rezonance radiálních vibrací a antirezonanční frekvence štíhlého trubkového vibrátoru jsou teoretické vypočtené hodnoty efektivního elektromechanického vazebního koeficientu jsou v dobré shodě s hodnotami numerické simulace konečných prvků, což vysvětluje racionalitu metody teoretického odvození pro radiální vibrace štíhlé trubky. Tabulka 1 ukazuje změnu rezonanční rezonanční frekvence piezoelektrického keramického vibrátoru s tloušťkou. Z údajů v tabulce je patrné, že rezonanční antirezonanční frekvence vibrátoru se stejnou délkou a stejným vnitřním průměrem se s rostoucí tloušťkou zmenšuje a vibrátory 2 a 3 jsou jasně vidět. 4 je silnostěnný vibrátor. Z porovnání výsledků výpočtů v tabulce je teorie použitelná pro silnostěnné vibrátory s malými chybami. Tabulka ukazuje variační zákon rezonanční antirezonanční frekvence vibrátory s piezoelektrickými trubicemi s různými délkami. Z porovnání údajů v tabulce je vidět, že je model spokojen. Podle předpokladu mají rezonátory se stejným vnitřním a vnějším průměrem různé rezonanční antirezonanční frekvence.

na závěr

V tomto článku je v kombinaci s teorií rovinné deformace a trojrozměrné piezoelektrické elastické mechaniky provedeno radiální chvění radiálně polarizované silnostěnné piezoelektrické keramické štíhlé trubice. Studie získává přesné řešení funkce posunutí a potenciálové funkce. Poprvé je studován ekvivalentní vodivostní nanootvor silnostěnného vibrátoru a je získána přesná rezonanční antirezonanční frekvenční rovnice a ověřena analýzou konečných prvků. Výše uvedená analýza ukazuje, že v tomto článku je použita tlustostěnná teorie. V souhrnu jsou následující závěry vyvozeny podle aspektů. 

(1) Radiální vibrace radiálně polarizované silnostěnné štíhlé trubky patří k osově symetrickým vibracím; 

(2) Problém štíhlé trubky je zjednodušen na problém rovinné deformace při vytvoření modelu. Relativní chybový člen lze vidět, že tloušťka stěny nemá žádný vliv na výsledky výpočtů, pokud jsou splněny požadavky modelu piezokeramický trubkový snímač jsou splněny a přesnost je vyšší než u teorie filmu a tenké skořepiny;

(3) Při skutečném použití musí štíhlá trubka uspokojit pouze . Pokud není splněno, může dojít k nějaké chybě;

(4) Rezonanční frekvence vibrátoru se analyzuje numerickou metodou. Výsledky ukazují, že k získání rezonanční frekvence a numerické metody se používá rezonanční frekvence a numerická metoda odvozená z teorie.