Forskning i radial vibration af piezoelektrisk hul cylinder med radial polarisering(2)

Piezoelektriske keramiske runde rør er et almindeligt brugt til den akustiske transducerenhed. Den har enkel struktur, stabil ydeevne, praktisk layout, ensartet retningsbestemmelse langs den radiale retning og høj følsomhed. Derfor bruges det mest inden for undervandsakustik, geologi og petroleumsefterforskning. Vibratorens vibrationsegenskaber påvirker direkte transducerens dynamiske ydeevne. Studiet af dens vibrationstilstand er grundlaget for at designe en sådan transducer. Derfor har dette arbejde en vigtig teoretisk og praktisk betydning. Den cirkulære rørformede vibrator er opdelt i tre typer: aksial, tangentiel og radial polarisering. De aksiale og tangentielt polariserede oscillatorexcitationselektroder er forskellige fra de polariserede elektroder, og polarisations- og excitationsspændingsforholdet for den aksialpolariserede oscillator.

Polariseringen er meget højere, og der er næsten ingen anvendelse i teknikken. De er radialt polariserede, radialt exciterede oscillatorer, den polariserede elektrode og excitationselektroden kan kombineres til én, og polarisationen og excitationsspændingen er også lav, hvilket er mere i fremstillingsprocessen. Der er fordele og praktiske anvendelser. Med hensyn til den radiale vibrationstilstand for de radialt polariserede piezoelektrisk rørtransducer vibrator, de tidligere undersøgelser har for det meste vedtaget teorien om tynd film eller tynd skal. Tyndfilmsteorien ignorerer forskydningsspændingen og den radiale normale spænding i bevægelsesligningen, og tyndskalsteorien bevarer forskydningsspændingen. Teorien gælder kun for vibratorer i specialstørrelse, såsom tynde vægge, og ideelle situationer, hvor de langsgående og radiale dimensioner er størrelsesordener større end tykkelsen. Dette medfører besvær for applikationen. Forgængerne har også studeret de radiale vibrationstilstande for tykvæggede vibratorer, men de har vedtaget forskellige tilnærmelser. For eksempel betragtes piezoelektrisk keramik som isotrope materialer, og serien afskæres i driftsprocessen. Med udgangspunkt i de piezoelektriske og bevægelsesligninger for den tykvæggede slanke vibrator af piezoelektrisk keramik, kombineret med vibratorens elektrostatiske ladningsligning, studeres den radiale vibration for at opnå det elektriske admittansudtryk, og resonans- og antiresonansfrekvensligningen er afledt af vibratoren. Det endelige element udfører modal analyse. Resultaterne viser, at de teoretiske beregningsresultater er i god overensstemmelse med de finite element simuleringsresultater.

Figuren viser et piezoelektrisk keramisk tykvægget slankt rør. For at lette forskningen anvender dette papir det cylindriske koordinatsystem og tager størrelsesordenen θ -1, z-2, r-3, 2L er længden af ​​vibratoren, og a er vibratorens indre radius. , b er den ydre radius af vibratoren, og den aflange akustiske piezoelektriske cylinderrør er uendeligt lange i z-retningen, så den piezoelektriske vibrator laver en aksesymmetrisk vibration.

På figuren er vibratorens polarisationsretning og excitationsretning begge i radial retning, det vil sige r-retningen af piezorørstak piezoelektrisk keramik udsættes for den radiale polariseringsbehandling er et isotropt materiale (isotropisk i θ z-retningen) vinkelret på polarisationsretningen, E-type piezoelektrisk proces med aksesymmetrisk vibration af slankt rør under cylindriske koordinater

(2) Da vibrationen af ​​det slanke rør er symmetrisk omkring z-aksen, er forskydnings- og elektriske feltkomponenterne tilfredse: det slanke rør er meget langt, så undersøgelsen af ​​det slanke rør hører til problemet med planbelastningsproblemet, og forskydnings- og elektriske feltkomponenterne eksisterer kun i orθ-planet.

Mekaniske vibrationsegenskaber

Piezoelektriske keramiske vibratorer er for det meste harmoniske excitationer at bruge. Det elektriske felt og steady-state forskydningsfordelinger er underlagt harmoniske. De teoretiske beregninger og endelige simuleringsværdier af den slanke rørvibrators radiale vibrationsresonans og anti-resonansfrekvens er de teoretiske beregnede værdier af den effektive elektromekaniske koblingskoefficient, der stemmer godt overens med de finite element numeriske simuleringsværdier, hvilket forklarer rationaliteten af ​​den teoretiske udledningsmetode for slanke rørvibrationer. Tabel 1 viser variationen af ​​resonansresonansfrekvensen af ​​den piezoelektriske keramiske vibrator med tykkelsen. Det kan ses af dataene i tabellen, at resonans-anti-resonansfrekvensen for vibratoren med samme længde og samme indvendige diameter bliver mindre med forøgelsen af ​​tykkelsen, og vibratorerne 2 og 3 kan tydeligt ses. 4 er en tykvægget vibrator. Ud fra sammenligningen af ​​beregningsresultaterne i tabellen er teorien anvendelig på tykvæggede vibratorer med små fejl. Tabel viser variationsloven for resonans-anti-resonansfrekvensen for piezoelektriske rør element vibratorer med forskellige længder. Det kan ses ved sammenligning af data i tabellen, at modellen er tilfreds. Under forudsætningen har resonatorerne med samme indre og ydre diametre forskellige resonans-anti-resonansfrekvenser.

afslutningsvis

I dette papir, kombineret med teorien om plane strain og tredimensionel piezoelektrisk elastisk mekanik, udføres den radiale vibration af det radialt polariserede tykvæggede piezoelektriske keramiske slanke rør. Undersøgelsen opnår den nøjagtige løsning af forskydningsfunktionen og den potentielle funktion. For første gang studeres det ækvivalente konduktans-nanohul i den tykvæggede vibrator, og den nøjagtige resonansanti-resonansfrekvensligning opnås og verificeres ved finite element-analyse. Ovenstående analyse viser, at tykvægsteorien er brugt i denne artikel. Sammenfattende er de følgende konklusioner draget af aspekter. 

(1) Den radiale vibration af det radialt polariserede tykvæggede slanke rør hører til aksesymmetrisk vibration; 

(2) Problemet med det slanke rør forenkles til problemet med plane straining, når modellen er etableret. Det relative fejlled kan ses, at vægtykkelsen ikke har nogen indflydelse på beregningsresultaterne, når modelkravene vedr. piezokeramisk rørtransducer er opfyldt, og nøjagtigheden er højere end film- og tyndskalsteorien;

(3) Ved den faktiske brug behøver det slanke rør kun at tilfredsstille . Hvis den ikke er tilfreds, kan der være en fejl;

(4) Vibratorens resonansfrekvens analyseres ved numerisk metode. Resultaterne viser, at resonansfrekvensen og den numeriske metode afledt af teorien bruges til at opnå resonansfrekvensen og den numeriske metode.