Výzkum radiální vibrace piezoelektrického dutého válce s radiální polarizací

V kombinaci s piezoelektrickou rovinnou deformací a teorií trojrozměrné piezoelasticity byly studovány vibrační charakteristiky piezoelektrického keramického tlustého dutého válce s radiální polarizací a byla získána řešení uzavřeného typu pro mechanické radiální posunutí a elektrický potenciál. Elektrický posun a intenzita elektrického pole jsou odvozeny z nábojové rovnice elektrostatiky, která řeší problémy nelineárního vztahu mezi napětím a intenzitou elektrického pole. Na základě javorového softwaru je poprvé studována ekvivalentní admitance tlustého dutého válce a jsou také získány odpovídající přesné rezonanční a antirezonanční frekvenční rovnice. Pomocí číselné metody jsou vypočítány rezonanční a antirezonanční frekvence různých velikostí trubkových oscilátorů. Přesnost a přesnost této teorie je ověřena metodou konečných prvků. To vše poskytuje základ pro teoretický výzkum a návrh piezoelektrických keramických tlustých oscilátorů.

Piezoelektrická keramická kruhová trubice se běžně používá pro akustické 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 pro konstrukci takového měniče. Proto má tato práce důležitý teoretický i praktický význam. Kruhový trubkový vibrátor je rozdělen do tří typů: axiální, tangenciální a radiální polarizace. Axiální a tangenciálně polarizované elektrody vibrátoru se liší od polarizovaných elektrod a polarizace a napětí má poměr axiálně polarizovaného vibrátoru. Polarizace je mnohem vyšší a ve strojírenství není téměř žádné použití, polarizovanou elektrodu a excitační elektrodu lze kombinovat do jedné a polarizační a excitační napětí je také nízké, což je více ve výrobním procesu. Existují výhody a praktické aplikace. Pokud jde o režim radiálních vibrací radiálně polarizovaného trubkového vibrátoru, předchozí studie většinou přejaly teorii tenkého filmu nebo tenkého pláště Teorie tenkého filmu ignoruje smykové napětí a radiální napětí v pohybové rovnici a teorie tenkého pláště zachovává smyk, napětí a výše uvedená teorie je použitelná pouze pro vibrátory speciální velikosti, jako jsou tenké stěny, a ideální situace, kdy je tloušťka podélného a radiálního kužele mnohem větší, než je ideální tloušťka. do aplikace. Předchozí studie také studovaly režim radiálních vibrací silnostěnných vibrátorů.

Používají se však různé aproximace. Například piezoelektrická keramika je považována za izotropní materiály a řada zkrácených aproximací se bere během operace. Piezoelektrická keramika a pohybové rovnice silnostěnných štíhlých vibrátorů s akustickými piezoelektrickými trubicemi jsou odvozeny z radiální polarizace. Počínaje rovnicí elektrostatického náboje vibrátoru se studují radiální vibrace a získá se vyjádření elektrické admitance. Jsou odvozeny rovnice rezonanční a antirezonanční frekvence vibrátoru. Modální analýza je prováděna metodou konečných prvků ANSYS. Výsledky ukazují, že teoretické výsledky výpočtů jsou omezené. Výsledky metasimulace jsou v dobré shodě.

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 je to vnitřní poloměr vibrátoru. b je vnější poloměr vibrátoru a podlouhlá trubka je ve směru z nekonečně dlouhá, takže piezoelektrický vibrátor vytváří osově symetrické vibrace.

Na obrázku je směr polarizace a směr buzení vibrátoru v radiálním směru, to znamená ve směru r, a piezoelektrická keramika je podrobena radiálnímu polarizačnímu ošetření, což je izotropní materiál (izotropní ve směru θ z) kolmý na směr polarizace, piezoelektrický proces typu E osově symetrických vibrací štíhlé trubky

protože vibrace štíhlé trubice jsou symetrické kolem osy z, jsou splněny složky posunutí a elektrického pole: štíhlá trubice je velmi dlouhá, takže studie štíhlé piezoelektrický svazek patří k problému rovinné deformace a složky posunutí a elektrického pole existují pouze v rovině orθ.

Mechanické vibrační charakteristiky

Válcová piezoelektrická trubice jsou většinou harmonické buzení v použití. Elektrické pole a distribuce posunu v ustáleném stavu podléhají harmonickým. Teoretické výpočty a hodnoty konečných prvků numerické simulace rezonance radiálních vibrací nebo 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 výše uvedené metody teoretického odvození pro radiální vibrace štíhlé trubky. Tabulka ukazuje variaci rezonanční frekvence vibrátoru s tloušťkou. Z údajů v tabulce je patrné, že rezonanční nebo antirezonanční frekvence vibrátoru o stejné délce a stejném vnitřním průměru se s rostoucí tloušťkou zmenšuje a vibrátory 2 a 3 jsou jasně vidět. je to silnostěnný vibrátor. Z porovnání výsledků výpočtů v tabulce je teorie použitelná pro silnostěnné vibrátory s malými chybami. Tabulka ukazuje variaci rezonanční antirezonanční frekvence vibrátorů 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 nebo antirezonanční frekvence.

na závěr