Penelitian getaran radial silinder berongga piezoelektrik dengan polarisasi radial

Dikombinasikan dengan regangan bidang piezoelektrik dan teori piezoelastisitas tiga dimensi, karakteristik getaran silinder berongga tebal keramik piezoelektrik dengan polarisasi radial telah dipelajari, dan solusi tipe tertutup diperoleh untuk perpindahan radial mekanis dan potensial listrik. Perpindahan listrik dan kuat medan listrik diturunkan dari persamaan muatan elektrostatika, yang memecahkan masalah hubungan nonlinier antara tegangan dan kuat medan listrik. Berdasarkan perangkat lunak maple, penerimaan setara silinder berongga tebal dipelajari untuk pertama kalinya, dan persamaan frekuensi resonansi dan anti-resonansi yang tepat juga diperoleh. Dengan menggunakan metode numerik, frekuensi resonansi dan anti-resonansi dari osilator tubular dengan ukuran berbeda dihitung. Akurasi dan ketepatan teori ini diverifikasi dengan analisis elemen hingga. Semua ini memberikan dasar untuk penelitian teoritis dan desain osilator tebal keramik piezoelektrik.

Tabung bulat keramik piezoelektrik biasa digunakan untuk transduser akustik. Ini memiliki struktur sederhana, kinerja stabil, tata letak yang nyaman, pengarahan seragam sepanjang arah radial dan sensitivitas tinggi. Oleh karena itu, banyak digunakan di bidang akustik bawah air, geologi dan eksplorasi minyak bumi. Karakteristik getaran vibrator secara langsung mempengaruhi kinerja dinamis transduser. Studi tentang mode getarannya adalah dasar untuk merancang transduser semacam itu. Oleh karena itu, karya ini memiliki signifikansi teoritis dan praktis yang penting. Vibrator tubular melingkar dibagi menjadi tiga jenis: polarisasi aksial, tangensial, dan radial. Elektroda vibrator terpolarisasi aksial dan tangensial berbeda dari elektroda terpolarisasi, dan polarisasi dan tegangan memiliki rasio vibrator terpolarisasi aksial. Polarisasi jauh lebih tinggi, dan hampir tidak ada aplikasi di bidang teknik, elektroda terpolarisasi dan elektroda eksitasi dapat digabungkan menjadi satu, dan tegangan polarisasi dan eksitasi juga rendah, yang lebih banyak dalam proses pembuatannya. Ada kelebihan dan penerapan praktisnya. Mengenai mode getaran radial dari vibrator tubular terpolarisasi radial, penelitian sebelumnya sebagian besar mengadopsi teori film tipis atau cangkang tipis. Teori film tipis mengabaikan tegangan geser dan tegangan radial dalam persamaan gerak, dan teori cangkang tipis mempertahankan geser, tegangan, dan teori di atas hanya berlaku untuk vibrator berukuran khusus, seperti dinding tipis, dan situasi ideal di mana dimensi memanjang dan radial jauh lebih besar daripada ketebalannya, sehingga menyebabkan ketidaknyamanan pada penerapannya. Penelitian sebelumnya juga telah mempelajari mode getaran radial vibrator berdinding tebal.

Namun, perkiraan yang berbeda digunakan. Misalnya, keramik piezoelektrik dianggap sebagai bahan isotropik, dan serangkaian perkiraan terpotong diambil selama pengoperasian. Keramik piezoelektrik dan persamaan gerak dari tabung piezoelektrik akustik terpolarisasi radial vibrator ramping berdinding tebal berasal dari polarisasi radial. Dimulai dengan persamaan muatan elektrostatik vibrator, getaran radial dipelajari, dan ekspresi penerimaan listrik diperoleh. Persamaan frekuensi resonansi dan anti-resonansi vibrator diturunkan. Analisis modal dilakukan dengan elemen hingga ANSYS. Hasilnya menunjukkan bahwa hasil perhitungan teoritis terbatas. Hasil meta-simulasi sesuai dengan yang baik.

Gambar tersebut menunjukkan tabung ramping berdinding tebal keramik piezoelektrik. Untuk memudahkan penelitian, makalah ini mengadopsi sistem koordinat silinder dan mengambil urutan θ -1, z-2, r-3, 2L adalah panjang vibrator, dan merupakan jari-jari dalam vibrator. b adalah jari-jari luar vibrator, dan tabung memanjang memiliki panjang tak terhingga dalam arah z, sehingga vibrator piezoelektrik menghasilkan getaran aksisimetris.

Pada gambar, arah polarisasi dan arah eksitasi vibrator sama-sama dalam arah radial, yaitu arah r, dan keramik piezoelektrik dikenai perlakuan polarisasi radial, yaitu bahan isotropik (isotropik pada arah θ z) tegak lurus terhadap arah polarisasi, proses piezoelektrik tipe-E dari getaran aksisimetri tabung ramping di bawah koordinat silinder

karena getaran tabung ramping simetris terhadap sumbu z, komponen perpindahan dan medan listrik terpenuhi: tabung ramping sangat panjang, sehingga studi tentang tabung ramping tumpukan tabung piezo termasuk dalam masalah regangan bidang, dan komponen perpindahan dan medan listrik hanya ada pada bidang orθ.

Karakteristik getaran mekanis

Tabung piezoelektrik silinder sebagian besar merupakan eksitasi harmonik yang digunakan. Distribusi medan listrik dan perpindahan pada kondisi tunak tunduk pada harmonik. Perhitungan teoritis dan nilai simulasi numerik elemen hingga dari resonansi getaran radial atau frekuensi anti-resonansi dari vibrator tabung ramping adalah nilai perhitungan teoritis dari koefisien kopling elektromekanis efektif yang sesuai dengan nilai simulasi numerik elemen hingga, yang menjelaskan rasionalitas metode derivasi teoritis di atas untuk getaran radial tabung ramping. Tabel menunjukkan variasi frekuensi resonansi vibrator dengan ketebalan. Terlihat dari data pada tabel bahwa frekuensi resonansi atau anti resonansi dari vibrator dengan panjang yang sama dan diameter dalam yang sama menjadi semakin kecil seiring dengan bertambahnya ketebalan, dan vibrator 2 dan 3 dapat terlihat dengan jelas. itu adalah vibrator berdinding tebal. Dari perbandingan hasil perhitungan pada tabel, teori tersebut dapat diterapkan pada vibrator berdinding tebal dengan kesalahan yang kecil. Tabel menunjukkan variasi frekuensi resonansi anti resonansi vibrator dengan panjang yang berbeda-beda. Terlihat dari perbandingan data pada tabel bahwa model puas. Di bawah premis, resonator dengan diameter dalam dan luar yang sama memiliki frekuensi resonansi atau anti-resonansi yang berbeda.

sebagai kesimpulan