पीजोइलेक्ट्रिसिटी ट्यूब की गतिशीलता अनुसंधान

पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक एक प्रकार की क्रिस्टल सामग्री है जो यांत्रिक तनाव के अधीन होने पर संपीड़न या बढ़ाव जैसे आकार में परिवर्तन से गुजरती है। जैसे ही आकार बदलता है, क्रिस्टल के दोनों तरफ अलग-अलग चार्ज उत्पन्न होते हैं। इसके विपरीत, एक अलग वोल्टेज जोड़ना रैखिक पीजो ट्यूबों के परिणामस्वरूप संबंधित यांत्रिक विस्थापन या तनाव होगा। क्वार्टर-पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्यूब एक खोखली बेलनाकार सिरेमिक ट्यूब होती है जिसकी आंतरिक बेलनाकार सतह पर एक प्रवाहकीय कोटिंग होती है और चार प्रवाहकीय परतें होती हैं जो क्षेत्रफल में समान होती हैं लेकिन एक दूसरे से पृथक होती हैं। आंतरिक सतह की प्रवाहकीय परत और बाहरी सतह की प्रवाहकीय परत के बीच वोल्टेज लगाने से सिरेमिक ट्यूब झुकने, बढ़ाव या गोलाकार मुकुट जैसी गति उत्पन्न कर सकती है। सिरेमिक ट्यूबों का उचित उपयोग करने के लिए, गतिशील विश्लेषण किया जाना चाहिए।

बढ़ाव में सिरेमिक ट्यूबों का गतिशील विश्लेषण

यह मानते हुए कि लागू वोल्टेज ट्यूब पर लागू शून्य वोल्टेज है, ट्यूब के बाहर के चार इलेक्ट्रोड एक साथ एक ही दिशा में सकारात्मक वोल्टेज के साथ लागू होते हैं। फिर £1:1 S12· + d31·E3 है जहां £ तनाव है, और संख्या 1 से 6 समन्वय वेक्टर दिशाओं का प्रतिनिधित्व करते हैं, जो क्रमशः z, Y, yz, z, xy का प्रतिनिधित्व करते हैं। Sl2 लोच के मापांक, d का प्रतिनिधित्व करता है। लंबाई को इंगित करता है और ई विद्युत क्षेत्र की ताकत है। जहाँ b श्यानता गुणांक है; विस्थापन है; J0 सिरेमिक घनत्व है; ए सिरेमिक ट्यूब क्रॉस-अनुभागीय क्षेत्र है; एसएफआई पीज़ोइलेक्ट्रिक गुणांक है।

झुकने पर सिरेमिक ट्यूब की गति का विश्लेषण मानव हाथ के स्थैतिक विश्लेषण से किया जाता है, और विरूपण का विश्लेषण ज्यामितीय विधि द्वारा किया जाता है। सूत्र में, एल सिरेमिक ट्यूब की लंबाई है; एम प्रति इकाई लंबाई सिरेमिक ट्यूब का द्रव्यमान है।

सिमुलेशन विश्लेषण

उपरोक्त सैद्धांतिक विश्लेषण के माध्यम से, बढ़ाव और झुकने के यांत्रिक समीकरणों के साथ संयुक्त पीज़ोइलेक्ट्रिक सिलेंडर ट्रांसड्यूसर , ANSYS सॉफ़्टवेयर का उपयोग किया गया था। प्रायोगिक अनुसंधान में परिमित तत्व मॉडल की स्थापना करते समय मेशिंग और वास्तविक चालन को ध्यान में रखते हुए, विश्लेषण में सिरेमिक ट्यूब का मोडल विश्लेषण और क्षणिक गतिशीलता विश्लेषण किया जाता है। यह सुनिश्चित करने के लिए कि दो सिलेंडरों के बीच आसंजन प्रवाहकीय नहीं है, लेकिन बल संचरण और विरूपण वास्तविक स्थिति के अनुरूप है, चार-सेंट बेलनाकार सिलेंडर को एक साथ बनाया और जोड़ा गया है।

क्वार्टर पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्यूब का परिमित तत्व जाल विभाजन

क्वार्टर-पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्यूब एक विशिष्ट इलेक्ट्रोमैकेनिकल कपलिंग डिवाइस है। इसलिए, क्वार्टर-पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्यूब की ग्रिड डिवीजन इकाई के लिए, युग्मित क्षेत्र विश्लेषण का समर्थन करने वाले परिमित तत्व प्रकार का उपयोग किया जाना चाहिए। युग्मित क्षेत्र विश्लेषण ANSYS सॉफ़्टवेयर के लेंस3, सॉलिड5 और सॉलिड98 इकाइयों में समर्थित है, जहां सॉलिड5 का उपयोग पीजोइलेक्ट्रिक सामग्रियों का विश्लेषण करने के लिए किया जा सकता है। सॉलिड5 मॉडल एक त्रि-आयामी इकाई है जिसमें आठ नोड्स होते हैं जो एक हेक्साहेड्रल संरचना बनाते हैं जिसमें प्रति नोड अधिकतम छह डिग्री की स्वतंत्रता होती है। पीज़ोइलेक्ट्रिक सामग्रियों के विश्लेषण के लिए स्वतंत्रता की केवल तीन विस्थापन डिग्री और स्वतंत्रता की एक वोल्टेज डिग्री का उपयोग किया जाता है। सॉलिड5 मशीन-इलेक्ट्रिक कपलिंग यूनिट द्वारा विभाजित पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्यूब का परिमित पीजो तत्व आरेख दिखाया गया है। इनमें 2,160 सोल-आईडी5 इकाइयां और 6,020 सॉलिड95 इकाइयां शामिल हैं। ठोस5 की स्वतंत्रता की डिग्री चार पर सेट है, जो क्रमशः X, y और Z दिशाओं में विस्थापन UX, UZ और स्वतंत्रता की वोल्टेज डिग्री VOLT हैं।

क्वार्टर पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्यूबों का मॉडल विश्लेषण

मोडल विश्लेषण गतिशील क्षणिक विश्लेषण का आधार है, जो क्वार्टर पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्यूब की कंपन विशेषताओं, अर्थात् संरचना की प्राकृतिक आवृत्ति और मोड आकार को निर्धारित कर सकता है, जो ड्राइव सर्किट के डिजाइन के लिए सैद्धांतिक आधार प्रदान करता है। पीज़ोसेरेमिक ट्यूब का मोडल विश्लेषण सबसे पहले एक सममित संरचना के साथ सीमा स्थितियों को परिभाषित करता है। अनुप्रयोग प्रक्रिया में वास्तविक स्थिति के अनुसार, इलेक्ट्रोड की निचली सतह पर शून्य विस्थापन बाधा लागू की जाती है। साथ ही, पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक की संभावित सीमा स्थितियों को परिभाषित किया जाता है, और आसन्न दो पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक शीट के ऊपरी और निचले इलेक्ट्रोड को एक नोड द्वारा जोड़ा जाता है, और इसे विद्युत वियोग के रूप में भी परिभाषित किया जाता है। सिस्टम संरचना का मोडल विश्लेषण तब ANSYS द्वारा प्रदान किए गए मोडल पूर्ण सॉल्वर का उपयोग करके किया जाता है।

क्वार्टर पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्यूबों का क्षणिक विश्लेषण

क्षणिक गतिशीलता विश्लेषण सिरेमिक ट्यूब की गतिशील प्रतिक्रिया का निरीक्षण करने के लिए किया गया था क्योंकि यह किसी भी समय-भिन्न भार से गुजरता है। ANSYS विश्लेषण में, पीजो सिरेमिक ट्यूब के झुकने वाले कंपन को प्राप्त करने के लिए क्वार्टर पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्यूब पर सॉटूथ वोल्टेज लागू किया गया था। विश्लेषण प्रक्रिया में, भार और समय के बीच संबंध के कारण, जड़त्वीय बल और अवमंदन दो महत्वपूर्ण पहलू हैं जिन पर विचार किया जाना चाहिए। अवमंदन मैट्रिक्स रेलविघ अवमंदन स्थिरांक ए द्वारा प्राप्त किया जाता है, जिसे क्रमशः द्रव्यमान मैट्रिक्स और कठोरता मैट्रिक्स से गुणा किया जाता है। सिरेमिक ट्यूब के परिमित पीजो तत्व मॉडल में इलेक्ट्रोमैकेनिकल युग्मन इकाई एक गैर-रेखीय इकाई है, जो क्षणिक गतिशील विश्लेषण के समाधान में कठिनाइयां लाती है। इसलिए, अलग-अलग समय बिंदुओं पर गतिशील अंतर समीकरणों को हल करने के लिए समय-अभिन्न विधि का उपयोग किया जाता है। समय वृद्धि को एकीकरण समय चरण (आईटीएस) कहा जाता है, और चरण का आकार सीधे क्षणिक विश्लेषण समाधान की सटीकता को प्रभावित करता है। विश्लेषण में चरण आकार एक महत्वपूर्ण पैरामीटर है। समय कदम जितना छोटा होगा, सटीकता उतनी अधिक होगी। हालाँकि, बहुत छोटा समय एकीकरण कदम कंप्यूटिंग संसाधनों को बर्बाद कर देगा और इससे संख्यात्मक विश्लेषण भी पूरा नहीं हो सकेगा। यदि चरण का आकार बहुत बड़ा है, तो क्वार्टर पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्यूब तंत्र के उच्च-क्रम मोडल प्रतिक्रिया की गणना त्रुटि उत्पन्न होगी। इसलिए, वास्तविक स्थिति के अनुसार, इस प्रयोग में उपयोग की जाने वाली ड्राइविंग तरंग सॉटूथ तरंग वोल्टेज है, और यह वोल्टेज गंभीर तरंग विरूपण दिखाई नहीं देता है।

 साथ ही, मोडल विश्लेषण परिणामों के साथ मिलकर, एकीकरण समय चरण के चयन में, मुख्य विचार प्रतिक्रिया आवृत्ति को हल करना है, संरचना की गति प्रतिक्रिया को हल करने के लिए समय चरण काफी छोटा होना चाहिए। नमूना प्रमेय के अनुसार, इष्टतम समय चरण TS≤1/20f है (कारखाना क्वार्टर-पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्यूब की प्राकृतिक आवृत्ति है, प्राकृतिक आवृत्ति उत्पाद पैरामीटर विनिर्देश से प्राप्त की जाती है, और TS≤1/(10×2 242) प्राप्त की जाती है। ITS को 1.22 एस के रूप में लिया जाता है, इसलिए क्वार्टर पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्यूब के क्षणिक विश्लेषण का एकीकरण समय चरण 1 एस के रूप में लिया जाता है। संक्षेप में, विश्लेषण करते समय पीज़ोइलेक्ट्रिक वाइब्रेटर, बड़े विरूपण, सामग्री गैर-रैखिकता और संपर्क जैसे विभिन्न गैर-रैखिक कारकों के कारण, पूर्ण सिस्टम मैट्रिक्स का उपयोग क्षणिक गतिशील प्रतिक्रिया की गणना करने के लिए किया जाता है, यानी मैट्रिक्स के किसी भी प्रकार के सरलीकरण के बिना, यह गैर-रैखिकता के प्रभाव को कम करेगा। क्वार्टर पीजोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्यूब तंत्र पर क्षणिक गतिशीलता विश्लेषण और समाधान इस प्रकार किया जाता है हर्ट्ज और आयाम 150 वी है, समय के एक फ़ंक्शन के रूप में दिखाए गए पीज़ोसेरेमिक ट्यूब की वाई-दिशा में विस्थापन का वक्र प्राप्त किया गया था जब 270 वी के वोल्टेज आयाम के साथ एक चरण संकेत लागू किया जाता है, पीज़ोसेरेमिक ट्यूब का शीर्ष छोर वाई दिशा में विस्थापित होता है।

चौथाई पीटीटी सामग्री पीजोइलेक्ट्रिक ट्यूब सॉटूथ वोल्टेज की कार्रवाई के तहत विभिन्न आयाम तनाव उत्पन्न करेगी। तनाव का विश्लेषण किया जाता है, और परिणाम पीज़ोइलेक्ट्रिक सिरेमिक ट्यूब की स्थापना के लिए एक निश्चित मार्गदर्शन दे सकता है, और उस स्थिति का अनुमान लगा सकता है जहां थकान होती है। यह क्षणिक विश्लेषण के दौरान वाइब्रेटर शरीर के वैश्विक तनाव को दर्शाता है, और अधिकतम स्थानीय तनाव को दर्शाता है। रंग जितना गहरा होगा, तनाव उतना ही अधिक होगा। यह देखा जा सकता है कि सिरेमिक ट्यूब का शीर्ष इसका तनाव एकाग्रता क्षेत्र है, जहां थकान और फ्रैक्चर होने की सबसे अधिक संभावना है, जो भार की स्थापना और अनुप्रयोग के लिए सैद्धांतिक मार्गदर्शन प्रदान करेगा।