Dinamičko istraživanje piezoelektrične cijevi

Piezoelektrična keramika je vrsta kristalnog materijala koji prolazi kroz promjenu oblika kao što je kompresija ili istezanje kada je izložen mehaničkom naprezanju. Kako se oblik mijenja, različiti naboji se stvaraju na obje strane kristala. Nasuprot tome, dodavanje različitog napona preko linearne piezo cijevi rezultirat će odgovarajućim mehaničkim pomakom ili naprezanjem. Četvrt-piezoelektrična keramička cijev je šuplja cilindrična keramička cijev s vodljivim premazom na unutarnjoj cilindričnoj površini i četiri vodljiva sloja koji su jednake površine, ali su međusobno izolirani. Primjena napona između vodljivog sloja unutarnje površine i vodljivog sloja vanjske površine može uzrokovati da keramička cijev proizvede oblik gibanja kao što je savijanje, istezanje ili sferična kruna. Za pravilno korištenje keramičkih cijevi potrebno je provesti dinamičku analizu.

Dinamička analiza keramičkih cijevi u izduženju

Pod pretpostavkom da je primijenjeni napon jednak nultom naponu primijenjenom na cijev, četiri elektrode izvan cijevi su istovremeno primijenjene s pozitivnim naponom u istom smjeru. Zatim postoji £1:1 S12· + d31·E3 gdje je £ deformacija, a brojevi od 1 do 6 predstavljaju pravce koordinatnih vektora, koji predstavljaju z, Y, yz, z, xy, redom. Sl2 predstavlja modul elastičnosti, d. Označava duljinu, a E je jakost električnog polja. Gdje je b koeficijent viskoznosti; je pomak; J0 je gustoća keramike; A je površina poprečnog presjeka keramičke cijevi; sfi je piezoelektrični koeficijent.

Analiza gibanja keramičke cijevi pri savijanju analizirana je iz statičke analize ljudske ruke, a deformacija je analizirana geometrijskom metodom. U formuli je l duljina keramičke cijevi; M je masa keramičke cijevi po jedinici duljine.

Analiza simulacije

Kroz gornju teoretsku analizu, u kombinaciji s mehaničkim jednadžbama istezanja i savijanja piezoelektrični cilindrični pretvarač , u eksperimentalnim istraživanjima korišten je softver ANSYS. Modalna analiza i analiza prijelazne dinamike keramičke cijevi provode se u analizi, uzimajući u obzir zapregu i stvarnu vodljivost pri uspostavljanju modela konačnih elemenata. Cilindrični cilindar od četiri centa izgrađen je i spojen u cjelinu kako bi se osiguralo da prianjanje između dva cilindra nije vodljivo, već da prijenos sile i deformacija odgovaraju stvarnoj situaciji.

Podjela četvrtine piezoelektrične keramičke cijevi metodom konačnih elemenata

Četvrt-piezoelektrična keramička cijev tipičan je elektromehanički uređaj za spajanje. Stoga se za jedinicu podjele mreže četvrt-piezoelektrične keramičke cijevi mora koristiti vrsta konačnog elementa koja podržava analizu spojenog polja. Analiza spojenog polja podržana je u jedinicama lens3, solid5 i solid98 softvera ANSYS, gdje se solid5 može koristiti za analizu piezoelektričnih materijala. Solid5 model je trodimenzionalna jedinica koja se sastoji od osam čvorova koji tvore heksaedarsku strukturu s najviše šest stupnjeva slobode po čvoru. Za analizu piezoelektričnih materijala koriste se samo tri stupnja slobode pomaka i jedan stupanj slobode napona. Prikazan je dijagram konačnog piezo elementa piezoelektrične keramičke cijevi podijeljene jedinicom za spajanje stroja solid5. To uključuje 2160 jedinica sol-id5 i 6020 jedinica solid95. Stupanj slobode čvrstog tijela5 postavljen je na četiri, što su pomaci UX, UZ i naponski stupanj slobode VOLT u smjerovima X, y i Z.

Modalna analiza četvrt piezoelektričnih keramičkih cijevi

Modalna analiza osnova je dinamičke prijelazne analize, koja može odrediti karakteristike vibracija četvrtine piezoelektrične keramičke cijevi, naime prirodnu frekvenciju i modalni oblik strukture, pružajući teoretsku osnovu za dizajn pogonskog kruga. Modalna analiza piezokeramičke cijevi najprije definira rubne uvjete sa simetričnom strukturom. U skladu sa stvarnom situacijom u procesu primjene, ograničenje nultog pomaka primjenjuje se na donju krajnju površinu elektrode. U isto vrijeme definirani su potencijalni rubni uvjeti piezoelektrične keramike, a gornja i donja elektroda susjednih dvaju piezoelektričnih keramičkih ploča spojene su čvorom, te su također definirane kao električni odspoj. Zatim se provodi modalna analiza strukture sustava korištenjem modalnog kompletnog rješavača koji osigurava ANSYS.

Prijelazna analiza četvrt piezoelektričnih keramičkih cijevi

Provedena je analiza prijelazne dinamike kako bi se promatrao dinamički odziv keramičke cijevi dok je podvrgnuta bilo kakvom vremenski promjenjivom opterećenju. U ANSYS analizi, napon zuba pile primijenjen je na četvrtinu piezoelektrične keramičke cijevi kako bi se dobila vibracija savijanja piezo keramičke cijevi. U procesu analize, zbog korelacije između opterećenja i vremena, inercijalna sila i prigušenje su dva važna aspekta koja treba uzeti u obzir. Matrica prigušenja dobiva se Raylwighovom konstantom prigušenja a, pomnoženom s matricom mase odnosno matricom krutosti. Elektromehanička spojna jedinica u modelu keramičke cijevi s konačnim piezo elementima je nelinearna jedinica, što otežava rješavanje prijelazne dinamičke analize. Stoga se metoda vremenskog integrala koristi za rješavanje dinamičkih diferencijalnih jednadžbi u diskretnim vremenskim točkama. Vremenski prirast naziva se integracijski vremenski korak (ITS), a veličina koraka izravno utječe na točnost rješenja prijelazne analize. Veličina koraka je važan parametar u analizi. Što je manji vremenski korak, veća je točnost. Međutim, premali korak integracije vremena uzalud će trošiti računalne resurse i čak može dovesti do nedovršenosti numeričke analize. Ako je veličina koraka prevelika, uzrokovat će se pogreška proračuna modalnog odziva višeg reda četvrt piezoelektričnog mehanizma keramičke cijevi. Stoga, u skladu sa stvarnom situacijom, valni oblik koji se koristi u ovom eksperimentu je napon pilastog vala, a ovaj napon ne čini ozbiljno izobličenje valnog oblika.

 U isto vrijeme, u kombinaciji s rezultatima modalne analize, u odabiru vremenskog koraka integracije, glavno razmatranje je riješiti frekvenciju odziva, vremenski korak treba biti dovoljno malen da se riješi odgovor na gibanje strukture. Prema teoremu o uzorkovanju, optimalni vremenski korak je TS≤1/20f (tvornica je prirodna frekvencija četvrt-piezoelektrične keramičke cijevi, prirodna frekvencija se dobiva iz specifikacije parametra proizvoda i dobiva se TS≤1/(10×2 242). ITS se uzima kao 1,22 S, tako da je vremenski korak integracije analize prijelaznih pojava četvrtine piezoelektrične keramička cijev se uzima kao 1 s. Ukratko, pri analizi piezoelektričnih vibratora, zbog niza nelinearnih čimbenika kao što su velika deformacija, nelinearnost materijala i kontakt, koristi se potpuna matrica sustava za izračun prijelaznog dinamičkog odziva, to jest, bez ikakvog oblika pojednostavljenja matrice. To će minimizirati učinke nelinearnosti Rezultati analize piezoelektrične cijevi su sljedeći. Kada je napon pile od 100 Hz i amplituda 150 V, dobivena je krivulja pomaka u smjeru y piezokeramičke cijevi kao funkcija vremena. gornji kraj piezokeramičke cijevi je pomaknut u smjeru y.

četvrtina Piezoelektrična cijev od Pzt materijala stvara naprezanja različitih amplituda pod djelovanjem napona zuba pile. Naprezanje se analizira, a rezultat može dati određene smjernice za ugradnju piezoelektrične keramičke cijevi i može predvidjeti položaj u kojem se javlja zamor. Prikazuje globalno naprezanje tijela vibratora tijekom prijelazne analize i prikazuje maksimalno lokalno naprezanje. što je boja tamnija, to je veći stres. Može se vidjeti da je vrh keramičke cijevi njezina zona koncentracije naprezanja, gdje je najvjerojatnije doći do zamora i loma, što će pružiti teorijske smjernice za postavljanje i primjenu opterećenja.