Penyelidikan Dinamik Tiub Piezoelektrik

Seramik piezoelektrik adalah sejenis bahan kristal yang mengalami perubahan bentuk seperti mampatan atau pemanjangan apabila dikenakan tekanan mekanikal. Apabila bentuk berubah, cas yang berbeza dijana pada kedua-dua belah kristal. Sebaliknya, menambah voltan yang berbeza merentasi tiub piezo linear akan menghasilkan anjakan mekanikal atau tegasan yang sepadan. Tiub seramik suku piezoelektrik ialah tiub seramik silinder berongga dengan salutan konduktif pada permukaan silinder dalam dan empat lapisan konduktif yang sama luas tetapi terlindung antara satu sama lain. Penggunaan voltan antara lapisan pengalir permukaan dalam dan lapisan pengalir permukaan luar boleh menyebabkan tiub seramik menghasilkan satu bentuk gerakan seperti lenturan, pemanjangan atau mahkota sfera. Untuk menggunakan tiub seramik dengan betul, analisis dinamik mesti dilakukan.

Analisis Dinamik Tiub Seramik dalam Pemanjangan

Dengan mengandaikan bahawa voltan yang digunakan adalah voltan sifar yang digunakan pada tiub, empat elektrod di luar tiub digunakan serentak dengan voltan positif dalam arah yang sama. Kemudian terdapat £1:1 S12· + d31·E3 dengan £ ialah terikan dan nombor 1 hingga 6 mewakili arah vektor koordinat, yang masing-masing mewakili z, Y, yz, z, xy. Sl2 mewakili modulus keanjalan, d. Menunjukkan panjang dan E ialah kekuatan medan elektrik. Di mana b ialah pekali kelikatan; ialah anjakan; J0 ialah ketumpatan seramik; A ialah luas keratan rentas tiub seramik; sfi ialah pekali piezoelektrik.

Analisis gerakan tiub seramik apabila lenturan dianalisis daripada analisis statik tangan manusia, dan ubah bentuk dianalisis dengan kaedah geometri. Dalam formula, l ialah panjang tiub seramik; M ialah jisim tiub seramik per unit panjang.

Analisis simulasi

Melalui analisis teori di atas, digabungkan dengan persamaan mekanikal pemanjangan dan lenturan transduser silinder piezoelektrik , perisian ANSYS digunakan dalam penyelidikan eksperimen. Analisis modal dan analisis dinamik sementara tiub seramik dijalankan dalam analisis, dengan mengambil kira penjeratan dan pengaliran sebenar apabila mewujudkan model unsur terhingga. Silinder silinder empat sen dibina dan diikat bersama secara keseluruhan untuk memastikan bahawa lekatan antara dua silinder tidak konduktif, tetapi penghantaran daya dan ubah bentuk mematuhi keadaan sebenar.

Pembahagian mesh elemen terhingga bagi tiub seramik piezoelektrik suku

Tiub seramik suku piezoelektrik ialah peranti gandingan elektromekanikal biasa. Oleh itu, untuk unit pembahagian grid tiub seramik suku piezoelektrik, jenis unsur terhingga menyokong analisis medan berganding mesti digunakan. Analisis medan berganding disokong dalam unit lens3, solid5 dan solid98 perisian ANSYS, di mana solid5 boleh digunakan untuk menganalisis bahan piezoelektrik. Model solid5 ialah unit tiga dimensi yang terdiri daripada lapan nod yang membentuk struktur hexahedral dengan maksimum enam darjah kebebasan bagi setiap nod. Hanya tiga darjah kebebasan anjakan dan satu darjah kebebasan voltan digunakan untuk analisis bahan piezoelektrik. Gambar rajah unsur piezo terhingga tiub seramik piezoelektrik dibahagikan dengan unit gandingan mesin-elektrik pepejal5 ditunjukkan. Ini termasuk 2,160 unit sol-id5 dan 6,020 unit pepejal95. Darjah kebebasan pepejal5 ditetapkan kepada empat, iaitu sesaran UX, UZ dan darjah kebebasan voltan VOLT dalam arah X, y dan Z masing-masing.

Analisis modal tiub seramik piezoelektrik suku

Analisis modal adalah asas analisis sementara dinamik, yang boleh menentukan ciri-ciri getaran tiub seramik piezoelektrik suku, iaitu frekuensi semula jadi dan bentuk mod struktur, menyediakan asas teori untuk reka bentuk litar pemacu. Analisis modal tiub piezoceramic mula-mula mentakrifkan keadaan sempadan dengan struktur simetri. Mengikut keadaan sebenar dalam proses permohonan, kekangan anjakan sifar digunakan pada permukaan hujung bawah elektrod. Pada masa yang sama, keadaan sempadan berpotensi seramik piezoelektrik ditakrifkan, dan elektrod atas dan bawah dua helaian seramik piezoelektrik bersebelahan digabungkan dengan nod, dan juga ditakrifkan sebagai pemotongan elektrik. Analisis modal struktur sistem kemudiannya dilakukan menggunakan penyelesai lengkap modal yang disediakan oleh ANSYS.

Analisis sementara bagi tiub seramik piezoelektrik suku

Analisis dinamik sementara dilakukan untuk memerhatikan tindak balas dinamik tiub seramik kerana ia mengalami sebarang beban yang berubah-ubah masa. Dalam analisis ANSYS, voltan gigi gergaji digunakan pada suku tiub seramik piezoelektrik untuk mendapatkan getaran lenturan tiub seramik piezo. Dalam proses analisis, disebabkan oleh korelasi antara beban dan masa, daya inersia dan redaman adalah dua aspek penting yang perlu dipertimbangkan. Matriks redaman diperoleh dengan pemalar redaman Raylwigh a, masing-masing didarab dengan matriks jisim dan matriks kekakuan. Unit gandingan elektromekanikal dalam model unsur piezo terhingga tiub seramik ialah unit tak linear, yang membawa kesukaran kepada penyelesaian analisis dinamik sementara. Oleh itu, kaedah kamiran masa digunakan untuk menyelesaikan persamaan pembezaan dinamik pada titik masa diskret. Kenaikan masa dipanggil langkah masa penyepaduan (ITS), dan saiz langkah secara langsung mempengaruhi ketepatan penyelesaian analisis sementara. Saiz langkah adalah parameter penting dalam analisis. Semakin kecil langkah masa, semakin tinggi ketepatannya. Walau bagaimanapun, langkah penyepaduan masa yang terlalu kecil akan membazirkan sumber pengkomputeran dan mungkin menyebabkan analisis berangka tidak dapat diselesaikan. Jika saiz langkah terlalu besar, ralat pengiraan tindak balas modal peringkat tinggi bagi mekanisme tiub seramik piezoelektrik suku akan berlaku. Oleh itu, mengikut keadaan sebenar, bentuk gelombang pemacu yang digunakan dalam eksperimen ini ialah voltan gelombang gigi gergaji, dan voltan ini tidak kelihatan herotan bentuk gelombang yang serius.

 Pada masa yang sama, digabungkan dengan keputusan analisis modal, dalam pemilihan langkah masa integrasi, pertimbangan utama adalah untuk menyelesaikan kekerapan tindak balas, langkah masa harus cukup kecil untuk menyelesaikan tindak balas gerakan struktur. Mengikut teorem pensampelan, langkah masa yang optimum ialah TS≤1/20f (kilang ialah frekuensi semula jadi bagi tiub seramik suku-piezoelektrik, frekuensi semula jadi diperoleh daripada spesifikasi parameter produk, dan TS≤1/(10×2 242) diperolehi. ITS diambil sebagai 1.22 S, jadi langkah analisis masa piezoelektrik transient bagi tiub seramik transien 1 s. Secara ringkasnya, apabila menganalisis penggetar piezoelektrik, disebabkan oleh pelbagai faktor bukan linear seperti ubah bentuk besar, ketaklinear bahan dan sentuhan, matriks sistem lengkap digunakan untuk mengira tindak balas dinamik sementara, iaitu, tanpa sebarang bentuk penyederhanaan matriks Ini akan meminimumkan kesan analisis ketaklinieran dan analisis pizolek adalah seperti berikut. Apabila voltan gigi gergaji digunakan pada suku tiub seramik piezoelektrik ialah 100 Hz dan amplitud ialah 150 V, Lengkung anjakan dalam arah y tiub piezoceramic yang ditunjukkan sebagai fungsi masa diperolehi Apabila isyarat langkah dengan amplitud voltan 270 V ialah ditempat atas. arah y.

Suku Tiub piezoelektrik bahan Pzt akan menjana tegasan amplitud yang berbeza di bawah tindakan voltan gigi gergaji. Tegasan dianalisis, dan hasilnya boleh memberi panduan tertentu kepada pemasangan tiub seramik piezoelektrik, dan boleh meramalkan kedudukan di mana keletihan berlaku.ia menunjukkan tekanan global badan penggetar semasa analisis sementara, dan menunjukkan tekanan tempatan maksimum. lebih gelap warna, lebih besar tekanan. Ia boleh dilihat bahawa bahagian atas tiub seramik adalah zon kepekatan tegasannya, di mana keletihan dan patah yang paling mungkin berlaku, yang akan memberikan panduan teori untuk pemasangan dan penggunaan beban.