Dynamisk forskning av piezoelektrisitetsrør

Piezoelektrisk keramikk er en type krystallmateriale som gjennomgår en formendring som kompresjon eller forlengelse når det utsettes for mekanisk påkjenning. Når formen endres, genereres forskjellige ladninger på begge sider av krystallen. Omvendt, å legge til en annen spenning over lineære piezorør vil resultere i en tilsvarende mekanisk forskyvning eller spenning. Det kvart-piezoelektriske keramiske røret er et hult sylindrisk keramisk rør med et ledende belegg på den indre sylindriske overflaten og fire ledende lag som er like i areal, men isolert fra hverandre. Påføring av en spenning mellom det ledende laget på den indre overflaten og det ledende laget på den ytre overflaten kan føre til at det keramiske røret produserer en form for bevegelse som bøyning, forlengelse eller en sfærisk krone. For å kunne bruke keramiske rør riktig, må dynamisk analyse utføres.

Dynamisk analyse av keramiske rør i forlengelse

Forutsatt at den påførte spenningen er null spenning påført røret, påføres de fire elektrodene utenfor røret samtidig en positiv spenning i samme retning. Så er det £1:1 S12· + d31·E3 der £ er tøyning, og tallene 1 til 6 representerer koordinatvektorretninger, som representerer henholdsvis z, Y, yz, z, xy. Sl2 representerer elastisitetsmodulen, d. Indikerer lengden og E er den elektriske feltstyrken. Hvor b er viskositetskoeffisienten; er forskyvningen; J0 er den keramiske tettheten; A er det keramiske rørets tverrsnittsareal; sfi er den piezoelektriske koeffisienten.

Bevegelsesanalysen av det keramiske røret ved bøyning analyseres fra den statiske analysen av den menneskelige hånden, og deformasjonen analyseres ved geometrisk metode. I formelen er l lengden på det keramiske røret; M er massen til det keramiske røret per lengdeenhet.

Simuleringsanalyse

Gjennom den ovennevnte teoretiske analysen, kombinert med de mekaniske ligningene for forlengelse og bøyning av piezoelektrisk sylindertransduser , ANSYS-programvare ble brukt i den eksperimentelle forskningen. Modalanalysen og transientdynamikkanalysen av det keramiske røret utføres i analysen, idet det tas hensyn til meshing og faktisk ledning ved etablering av den endelige elementmodellen. Den fire-cent sylindriske sylinderen er bygget og bundet sammen som en helhet for å sikre at adhesjonen mellom de to sylindrene ikke er ledende, men kraftoverføringen og deformasjonen samsvarer med den virkelige situasjonen.

Finite element mesh-inndeling av kvart piezoelektrisk keramisk rør

Det kvart-piezoelektriske keramiske røret er en typisk elektromekanisk koplingsanordning. Derfor, for rutenettdelingsenheten til det kvart-piezoelektriske keramiske røret, må den endelige elementtypen som støtter den koblede feltanalysen brukes. Koblet feltanalyse støttes i linse3-, solid5- og solid98-enhetene til ANSYS-programvaren, der solid5 kan brukes til å analysere piezoelektriske materialer. Solid5-modellen er en tredimensjonal enhet som består av åtte noder som danner en heksaedrisk struktur med maksimalt seks frihetsgrader per node. Bare tre forskyvningsfrihetsgrader og en spenningsfrihetsgrad brukes til analyse av piezoelektriske materialer. Det endelige piezoelementdiagrammet for det piezoelektriske keramiske røret delt på solid5 maskin-elektriske koblingsenheten er vist. Disse inkluderer 2160 sol-id5 enheter og 6020 solid95 enheter. Frihetsgraden til solid5 er satt til fire, som er forskyvningene UX, UZ og en spenningsfrihetsgrad VOLT i henholdsvis X-, y- og Z-retningene.

Modal analyse av kvart piezoelektriske keramiske rør

Modal analyse er grunnlaget for dynamisk transient analyse, som kan bestemme vibrasjonsegenskapene til det kvart piezoelektriske keramiske røret, nemlig den naturlige frekvensen og modusformen til strukturen, og gir et teoretisk grunnlag for utformingen av drivkretsen. Den modale analysen av et piezokeramisk rør definerer først grensebetingelsene med en symmetrisk struktur. I henhold til den faktiske situasjonen i påføringsprosessen påføres en nullforskyvningsbegrensning på den nedre endeoverflaten av elektroden. Samtidig er de potensielle grensebetingelsene til den piezoelektriske keramikken definert, og de øvre og nedre elektrodene til de tilstøtende to piezoelektriske keramiske arkene er koblet med en node, og er også definert som en elektrisk frakobling. Den modale analysen av systemstrukturen utføres deretter ved å bruke den modale komplette løseren levert av ANSYS.

Transient analyse av kvart piezoelektriske keramiske rør

Den transiente dynamikkanalysen ble utført for å observere den dynamiske responsen til det keramiske røret når det gjennomgår en hvilken som helst tidsvarierende belastning. I ANSYS-analysen ble sagtannspenningen påført det kvart piezoelektriske keramiske røret for å oppnå bøyningsvibrasjonen til det piezokeramiske røret. I analyseprosessen, på grunn av korrelasjonen mellom last og tid, er treghetskraft og demping to viktige aspekter som må vurderes. Dempningsmatrisen er oppnådd ved Raylwighs dempekonstant a, multiplisert med henholdsvis massematrise og stivhetsmatrise. Den elektromekaniske koblingsenheten i den endelige piezoelementmodellen av keramiske rør er en ikke-lineær enhet, som bringer vanskeligheter med løsningen av transient dynamisk analyse. Derfor brukes tidsintegralmetoden for å løse de dynamiske differensialligningene på diskrete tidspunkter. Tidsøkningen kalles integrasjonstidstrinnet (ITS), og størrelsen på trinnet påvirker direkte nøyaktigheten til den transiente analyseløsningen. Trinnstørrelsen er en viktig parameter i analysen. Jo mindre tidstrinnet er, desto høyere nøyaktighet. Imidlertid vil for lite tidsintegreringstrinn sløse med dataressurser og kan til og med føre til at numerisk analyse ikke blir fullført. Hvis trinnstørrelsen er for stor, vil beregningsfeilen for den høyere ordens modale responsen til den kvart piezoelektriske keramiske rørmekanismen forårsakes. Derfor, i henhold til den faktiske situasjonen, er drivbølgeformen brukt i dette eksperimentet sagtannbølgespenningen, og denne spenningen ser ikke ut til å være alvorlig bølgeformforvrengning.

 Samtidig, kombinert med de modale analyseresultatene, i valg av integrasjonstidstrinnet, er hovedhensynet å løse responsfrekvensen, tidstrinnet bør være lite nok til å løse bevegelsesresponsen til strukturen. I henhold til prøvetakingsteoremet er det optimale tidstrinnet TS≤1/20f (fabrikken er den naturlige frekvensen til det kvart-piezoelektriske keramiske røret, egenfrekvensen er hentet fra produktparameterspesifikasjonen, og TS≤1/(10×2 242) oppnås. ITS tas som 1.22 S-trinn for transient analyse av kvartalet. keramisk rør er tatt som 1 s. Oppsummert, når man analyserer piezoelektriske vibratorer, på grunn av en rekke ikke-lineære faktorer som stor deformasjon, material ikke-linearitet og kontakt, blir den komplette systemmatrisen brukt til å beregne den transiente dynamiske responsen, det vil si uten noen form for forenkling av den dynamiske løsningen på den kvart piezoelektriske rørmekanismen er Analyseresultatene som følger Når sagtannspenningen på det kvart piezoelektriske keramiske røret er 100 Hz og amplituden er 150 V, Kurven av forskyvningen i y-retningen til det piezokeramiske røret ble vist som en funksjon av en 0-amp påføres, forskyves den øvre enden av det piezokeramiske røret i y-retningen.

Kvartalet Pzt-materiale piezoelektriske rør vil generere forskjellige amplitudespenninger under påvirkning av sagtannspenningen. Spenningen analyseres, og resultatet kan gi en viss veiledning til installasjonen av det piezoelektriske keramiske røret, og kan forutsi posisjonen der tretthet oppstår. Det viser den globale spenningen til vibratorkroppen under transient analyse, og viser den maksimale lokale spenningen. jo mørkere farge, jo større stress. Det kan sees at toppen av det keramiske røret er dets spenningskonsentrasjonssone, hvor tretthet og brudd er mest sannsynlig, noe som vil gi teoretisk veiledning for installasjon og påføring av laster.