Penelitian Dinamika Tabung Piezoelektrik

Keramik piezoelektrik merupakan salah satu jenis bahan kristal yang mengalami perubahan bentuk seperti kompresi atau pemanjangan ketika mengalami tekanan mekanis. Ketika bentuknya berubah, muatan berbeda dihasilkan di kedua sisi kristal. Sebaliknya, menambahkan tegangan yang berbeda pada tabung piezo linier akan menghasilkan perpindahan atau tekanan mekanis yang sesuai. Tabung keramik seperempat piezoelektrik adalah tabung keramik silinder berongga dengan lapisan konduktif pada permukaan silinder bagian dalam dan empat lapisan konduktif yang luasnya sama tetapi terisolasi satu sama lain. Penerapan tegangan antara lapisan konduktif permukaan bagian dalam dan lapisan konduktif permukaan luar dapat menyebabkan tabung keramik menghasilkan bentuk gerakan seperti tekukan, pemanjangan, atau mahkota berbentuk bola. Untuk menggunakan tabung keramik dengan benar, analisis dinamis harus dilakukan.

Analisis Dinamis Tabung Keramik dalam Pemanjangan

Dengan asumsi bahwa tegangan yang diberikan adalah tegangan nol yang diterapkan pada tabung, keempat elektroda di luar tabung secara bersamaan diterapkan dengan tegangan positif dalam arah yang sama. Lalu ada £1:1 S12· + d31·E3 dengan £ adalah regangan, dan angka 1 hingga 6 mewakili arah vektor koordinat, yang masing-masing mewakili z, Y, yz, z, xy. Sl2 melambangkan modulus elastisitas, d. Menunjukkan panjang dan E adalah kuat medan listrik. Dimana b adalah koefisien viskositas; apakah perpindahannya; J0 adalah kepadatan keramik; A adalah luas penampang tabung keramik; sfi adalah koefisien piezoelektrik.

Analisis gerak tabung keramik saat ditekuk dianalisis dari analisis statik tangan manusia, dan deformasi dianalisis dengan metode geometri. Dalam rumusnya, l adalah panjang tabung keramik; M adalah massa tabung keramik per satuan panjang.

Analisis simulasi

Melalui analisa teoritis di atas, dipadukan dengan persamaan mekanik perpanjangan dan tekukan transduser silinder piezoelektrik , perangkat lunak ANSYS digunakan dalam penelitian eksperimental. Analisis modal dan analisis dinamika transien tabung keramik dilakukan dalam analisis, dengan mempertimbangkan meshing dan konduksi aktual ketika menetapkan model elemen hingga. Silinder silinder empat sen dibuat dan diikat menjadi satu secara keseluruhan untuk memastikan bahwa adhesi antara kedua silinder tidak bersifat konduktif, tetapi transmisi gaya dan deformasi sesuai dengan keadaan sebenarnya.

Pembagian jaring elemen hingga dari tabung keramik piezoelektrik seperempat

Tabung keramik seperempat piezoelektrik adalah perangkat kopling elektromekanis yang khas. Oleh karena itu, untuk unit pembagian grid tabung keramik seperempat piezoelektrik, harus digunakan jenis elemen hingga yang mendukung analisis medan berpasangan. Analisis medan berpasangan didukung dalam unit perangkat lunak ANSYS lens3, solid5, dan solid98, di mana solid5 dapat digunakan untuk menganalisis bahan piezoelektrik. Model solid5 merupakan unit tiga dimensi yang terdiri dari delapan node yang membentuk struktur heksahedral dengan maksimum enam derajat kebebasan per node. Hanya tiga derajat kebebasan perpindahan dan satu derajat kebebasan tegangan yang digunakan untuk analisis bahan piezoelektrik. Diagram elemen piezo hingga dari tabung keramik piezoelektrik dibagi dengan unit kopling mesin-listrik solid5 ditunjukkan. Ini mencakup 2.160 unit sol-id5 dan 6.020 unit solid95. Derajat kebebasan benda padat5 diatur menjadi empat, yaitu perpindahan UX, UZ, dan derajat kebebasan tegangan VOLT pada arah X, y, dan Z.

Analisis modal tabung keramik piezoelektrik seperempat

Analisis modal merupakan dasar dari analisis transien dinamis, yang dapat menentukan karakteristik getaran tabung keramik piezoelektrik seperempat, yaitu frekuensi alami dan bentuk mode struktur, memberikan landasan teori untuk desain rangkaian penggerak. Analisis modal tabung piezoceramic pertama-tama menentukan kondisi batas dengan struktur simetris. Sesuai dengan situasi aktual dalam proses penerapan, batasan perpindahan nol diterapkan pada permukaan ujung bawah elektroda. Pada saat yang sama, kondisi batas potensial keramik piezoelektrik ditentukan, dan elektroda atas dan bawah dari dua lembaran keramik piezoelektrik yang berdekatan digabungkan dengan sebuah simpul, dan juga didefinisikan sebagai pemutusan listrik. Analisis modal struktur sistem kemudian dilakukan dengan menggunakan modal pemecah lengkap yang disediakan oleh ANSYS.

Analisis sementara tabung keramik piezoelektrik seperempat

Analisis dinamika transien dilakukan untuk mengamati respon dinamis tabung keramik ketika mengalami beban yang berubah terhadap waktu. Dalam analisis ANSYS, tegangan gigi gergaji diterapkan pada tabung keramik piezoelektrik seperempat untuk mendapatkan getaran lentur tabung keramik piezo. Dalam proses analisa, karena adanya korelasi antara beban dan waktu, gaya inersia dan redaman merupakan dua aspek yang penting untuk diperhatikan. Matriks redaman diperoleh dengan konstanta redaman Raylwigh a, dikalikan matriks massa dan matriks kekakuan. Unit kopling elektromekanis dalam model elemen piezo hingga tabung keramik merupakan unit nonlinier, yang menyulitkan penyelesaian analisis dinamik transien. Oleh karena itu, metode integral waktu digunakan untuk menyelesaikan persamaan diferensial dinamis pada titik waktu diskrit. Peningkatan waktu disebut langkah waktu integrasi (ITS), dan ukuran langkah secara langsung mempengaruhi keakuratan solusi analisis transien. Ukuran langkah merupakan parameter penting dalam analisis. Semakin kecil langkah waktunya, semakin tinggi akurasinya. Namun, langkah integrasi waktu yang terlalu kecil akan menyia-nyiakan sumber daya komputasi dan bahkan dapat menyebabkan analisis numerik tidak selesai. Jika ukuran langkah terlalu besar, kesalahan perhitungan respons modal tingkat tinggi dari mekanisme tabung keramik piezoelektrik seperempat akan terjadi. Oleh karena itu, sesuai dengan situasi sebenarnya, bentuk gelombang penggerak yang digunakan dalam percobaan ini adalah tegangan gelombang gigi gergaji, dan tegangan ini tidak menimbulkan distorsi bentuk gelombang yang serius.

 Pada saat yang sama, dikombinasikan dengan hasil analisis modal, dalam pemilihan langkah waktu integrasi, pertimbangan utamanya adalah untuk menyelesaikan frekuensi respon, langkah waktu harus cukup kecil untuk menyelesaikan respon gerak struktur. Menurut teorema pengambilan sampel, langkah waktu optimal adalah TS≤1/20f (pabrik adalah frekuensi alami tabung keramik seperempat piezoelektrik, frekuensi alami diperoleh dari spesifikasi parameter produk, dan diperoleh TS≤1/(10×2 242). ITS diambil 1,22 S, sehingga langkah waktu integrasi analisis transien tabung keramik seperempat piezoelektrik diambil sebagai 1 s. Ringkasnya, saat menganalisis piezoelektrik vibrator, karena berbagai faktor nonlinier seperti deformasi besar, nonlinier material, dan kontak, matriks sistem lengkap digunakan untuk menghitung respons dinamis transien, yaitu, tanpa penyederhanaan matriks apa pun. Hal ini akan meminimalkan efek nonlinier. Analisis dan solusi dinamika transien dilakukan pada mekanisme tabung keramik piezoelektrik seperempat. Hasil analisisnya adalah sebagai berikut 150 V, Kurva perpindahan dalam arah y dari tabung piezoceramic yang ditunjukkan sebagai fungsi waktu diperoleh ketika sinyal langkah dengan amplitudo tegangan 270 V diterapkan, ujung atas tabung piezoceramic dipindahkan ke arah y.

Kuartal Tabung piezoelektrik bahan Pzt akan menghasilkan tegangan amplitudo yang berbeda di bawah aksi tegangan gigi gergaji. Tegangan tersebut dianalisis, dan hasilnya dapat memberikan pedoman tertentu pada pemasangan tabung keramik piezoelektrik, serta dapat memprediksi posisi terjadinya kelelahan. Ini menunjukkan tegangan global badan vibrator selama analisis transien, dan menunjukkan tegangan lokal maksimum. semakin gelap warnanya, semakin besar stresnya. Terlihat bahwa bagian atas tabung keramik merupakan zona konsentrasi tegangan, tempat kemungkinan besar terjadinya kelelahan dan patah, yang akan memberikan panduan teoritis untuk pemasangan dan penerapan beban.