Forskning i radial vibration af piezoelektrisk hul cylinder med radial polarisering

Kombineret med piezoelektrisk planspænding og tredimensionel piezoelasticitetsteori er vibrationsegenskaberne for en piezoelektrisk keramisk tyk hul cylinder med radial polarisering blevet undersøgt, og der opnås lukkede løsninger for den mekaniske radiale forskydning og elektrisk potentiale. Den elektriske forskydning og elektrisk feltstyrke er afledt fra ladningsligningen for elektrostatik, som løser problemerne med ikke-lineært forhold mellem spænding og elektrisk feltstyrke. Baseret på ahornsoftware studeres den ækvivalente adgang for den tykke hule cylinder for første gang, og tilsvarende nøjagtige resonans- og anti-resonansfrekvensligninger opnås også. Ved hjælp af en numerisk metode beregnes resonans- og antiresonansfrekvenserne for rørformede oscillatorer af forskellig størrelse. Nøjagtighed og præcision af denne teori verificeres ved finite element analyse. Alle disse udgør grundlaget for teoretisk forskning og design af de piezoelektriske keramiske tykke oscillatorer.

Piezoelektrisk keramisk rundt rør er et almindeligt brugt til akustisk transducer. 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 vibratorelektroder er forskellige fra de polariserede elektroder, og polarisationen og spændingen har forholdet mellem den aksialt polariserede vibrator. Polarisationen er meget højere, og der er næsten ingen anvendelse inden for teknik, den polariserede elektrode og excitationselektroden kan kombineres til én, og polariseringen og excitationsprocessen er også lav, som er mere spænding. Der er fordele og praktiske anvendelser. Med hensyn til den radiale vibrationstilstand for den radialt polariserede rørformede vibrator, har tidligere undersøgelser for det meste overtaget teorien om tyndfilm eller tynd skal. Tyndfilmsteorien ignorerer forskydningsspændingen og radialspændingen i bevægelsesligningen, og tyndskalsteorien bibeholder forskydningen, spændingen, og ovenstående teori er kun anvendelig til specielle og tynde vægge situationer som f.eks. radiale dimensioner er mange størrelsesordener større end tykkelsen, hvilket forårsager besvær for applikationen. Tidligere undersøgelser har også studeret den radiale vibrationstilstand af tykvæggede vibratorer.

Der anvendes dog forskellige tilnærmelser. For eksempel betragtes piezoelektrisk keramik som isotropiske materialer, og rækken af ​​trunkerede tilnærmelser tages under operationen. Den piezoelektriske keramik og bevægelsesligningerne for de radialt polariserede akustiske piezoelektriske rør tykvæggede slanke vibratorer er afledt af den radiale polarisering. Startende med vibratorens elektrostatiske ladningsligning studeres den radiale vibration, og det elektriske admittansudtryk opnås. Resonans- og anti-resonansfrekvensligningerne for vibratoren udledes. Modalanalysen udføres af ANSYS finite element. Resultaterne viser, at de teoretiske beregningsresultater er begrænsede. Meta-simuleringsresultaterne er i god overensstemmelse.

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 det er vibratorens indre radius. b er vibratorens ydre radius, og det aflange rør er uendeligt langt i z-retningen, så den piezoelektriske vibrator laver en aksesymmetrisk vibration.

På figuren er polarisationsretningen og vibratorens excitationsretning begge i den radiale retning, det vil sige r-retningen, og den piezoelektriske keramik udsættes for den radiale polarisationsbehandling, som er et isotropisk materiale (isotropisk i θ z-retningen) vinkelret på polarisationsretningen, E-type proces af vibration af slektymmetrisk piezoxi. cylindriske koordinater

da vibrationen af ​​det slanke rør er symmetrisk omkring z-aksen, er forskydnings- og elektriske feltkomponenter opfyldt: det slanke rør er meget langt, så studiet af det slanke rør piezorørstak hører til plane strain-problemet, og forskydnings- og elektriske feltkomponenterne eksisterer kun i orθ-planet.

Mekaniske vibrationsegenskaber

Cylindriske piezoelektriske rør er for det meste harmoniske excitationer i brug. Det elektriske felt og steady-state forskydningsfordelinger er underlagt harmoniske. De teoretiske beregninger og finite element numeriske simuleringsværdier for den slanke rørvibrators radiale vibrationsresonans eller antiresonansfrekvens er de teoretiske beregnede værdier af den effektive elektromekaniske koblingskoefficient, der stemmer godt overens med de finite element numeriske simuleringsværdier, hvilket forklarer rationaliteten af ​​ovenstående radiation af vibrationsmetoden for slender tube. Tabel viser variationen af ​​vibratorens resonansfrekvens med tykkelsen. Det kan ses af dataene i tabellen, at resonans- eller anti-resonansfrekvensen af ​​vibratoren med samme længde og samme indvendige diameter bliver mindre med forøgelsen af ​​tykkelsen, og vibratorerne 2 og 3 kan tydeligt ses. det er en tykvægget vibrator. Ud fra sammenligningen af ​​beregningsresultaterne i tabellen er teorien anvendelig på tykvæggede vibratorer med små fejl. Tabel viser variationen af ​​resonans-anti-resonansfrekvensen for 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- eller anti-resonansfrekvenser.

afslutningsvis