Forskning på radiell vibrasjon av piezoelektrisk hul sylinder med radiell polarisering(2)

Piezoelektriske keramiske runde rør er et ofte brukt for den akustiske transduserenheten. Den har enkel struktur, stabil ytelse, praktisk layout, ensartet retning langs den radielle retningen og høy følsomhet. Derfor brukes det mest innen undervannsakustikk, geologi og petroleumsutforskning. Vibrasjonsegenskapene til vibratoren påvirker direkte svingerens dynamiske ytelse. Studiet av dens vibrasjonsmodus er grunnlaget for å designe en slik svinger. Derfor har dette arbeidet viktig teoretisk og praktisk betydning. Den sirkulære rørvibratoren er delt inn i tre typer: aksial, tangentiell og radiell polarisering. De aksiale og tangentielt polariserte oscillatoreksitasjonselektrodene er forskjellige fra de polariserte elektrodene, og polarisasjons- og eksitasjonsspenningsforholdet til den aksialpolariserte oscillatoren.

Polarisasjonen er mye høyere, og det er nesten ingen anvendelse i ingeniørfaget. De er radielt polariserte, radialt eksiterte oscillatorer, den polariserte elektroden og eksitasjonselektroden kan kombineres til en, og polarisasjonen og eksitasjonsspenningen er også lav, noe som er mer i produksjonsprosessen. Det er fordeler og praktiske bruksområder. Når det gjelder den radielle vibrasjonsmodusen til de radielt polariserte piezoelektrisk rørsvinger vibrator, de tidligere studiene har stort sett tatt i bruk teorien om tynn film eller tynt skall. Tynnfilmteorien ignorerer skjærspenningen og den radielle normalspenningen i bevegelsesligningen, og tynnskallteorien beholder skjærspenningen. Teorien gjelder kun for vibratorer i spesialstørrelse, for eksempel tynne vegger, og ideelle situasjoner der de langsgående og radielle dimensjonene er størrelsesordener større enn tykkelsen. Dette medfører ulemper for applikasjonen. Forgjengerne har også studert de radielle vibrasjonsmodusene til tykkveggede vibratorer, men de har tatt i bruk forskjellige tilnærminger. For eksempel blir piezoelektrisk keramikk sett på som isotropiske materialer, og serien blir avskåret i operasjonsprosessen. Med utgangspunkt i de piezoelektriske ligningene og bevegelsesligningene til den tykkeveggede slanke vibratoren til piezoelektrisk keramikk, kombinert med den elektrostatiske ladningsligningen til vibratoren, studeres den radielle vibrasjonen for å oppnå det elektriske admittansuttrykket, og resonans- og antiresonansfrekvenslikningene er avledet av vibratoren. Det endelige elementet utfører modal analyse. Resultatene viser at de teoretiske beregningsresultatene stemmer godt overens med finite element simuleringsresultatene.

Figuren viser et piezoelektrisk keramisk tykkvegget slankt rør. For å gjøre det lettere for forskningen, bruker denne artikkelen det sylindriske koordinatsystemet og tar størrelsesorden θ -1, z-2, r-3, 2L er lengden på vibratoren, og a er den indre radiusen til vibratoren. , b er den ytre radiusen til vibratoren, og den langstrakte akustiske piezoelektriske sylinderrør er uendelig lange i z-retningen, så den piezoelektriske vibratoren lager en aksesymmetrisk vibrasjon.

På figuren er både polarisasjonsretningen og eksitasjonsretningen til vibratoren i radiell retning, det vil si r-retningen til piezorørstabel piezoelektrisk keramikk er utsatt for den radielle polarisasjonsbehandlingen er et isotropt materiale (isotropisk i θ z-retningen) vinkelrett på polarisasjonsretningen, E-type piezoelektrisk prosess med aksesymmetrisk vibrasjon av slankt rør under sylindriske koordinater

(2) Siden vibrasjonen til det slanke røret er symmetrisk om z-aksen, er forskyvnings- og elektriske feltkomponenter tilfredsstilt: det slanke røret er veldig langt, så studiet av det slanke røret tilhører planbelastningsproblemet, og forskyvnings- og elektriske feltkomponenter eksisterer bare i orθ-planet.

Mekaniske vibrasjonsegenskaper

Piezoelektriske keramiske vibratorer er for det meste harmoniske eksitasjoner å bruke. Det elektriske feltet og steady-state forskyvningsfordelingen er underlagt harmoniske. De teoretiske beregningene og endelige simuleringsverdiene for den radielle vibrasjonsresonansen og antiresonansfrekvensen til den slanke rørvibratoren er de teoretiske beregnede verdiene for den effektive elektromekaniske koblingskoeffisienten er i god overensstemmelse med de endelige elementets numeriske simuleringsverdier, noe som forklarer rasjonaliteten til den teoretiske utledningsvibrasjonsmetoden for den teoretiske utledningsmetoden. Tabell 1 viser variasjonen av resonansresonansfrekvensen til den piezoelektriske keramiske vibratoren med tykkelsen. Det kan sees fra dataene i tabellen at resonans-anti-resonansfrekvensen til vibratoren med samme lengde og samme indre diameter blir mindre med økningen av tykkelsen, og vibratorene 2 og 3 kan tydelig sees. 4 er en tykkvegget vibrator. Fra sammenligningen av beregningsresultatene i tabellen er teorien anvendelig for tykkveggede vibratorer med små feil. Tabell viser variasjonsloven for resonans-anti-resonansfrekvensen til piezoelektriske rør element vibratorer med forskjellige lengder. Det kan ses fra sammenligningen av dataene i tabellen at modellen er fornøyd. Under forutsetningen har resonatorene med samme indre og ytre diameter forskjellige resonansantiresonansfrekvenser.

avslutningsvis

I denne artikkelen, kombinert med teorien om plan tøyning og tredimensjonal piezoelektrisk elastisk mekanikk, utføres den radielle vibrasjonen av det radielt polariserte tykkveggede piezoelektriske keramiske slanke røret. Studien gir den nøyaktige løsningen av forskyvningsfunksjonen og potensiell funksjon. For første gang blir det ekvivalente konduktans-nanohullet til den tykkeveggede vibratoren studert, og den eksakte resonansanti-resonansfrekvensligningen oppnås og verifiseres ved finite element-analyse. Analysen ovenfor viser at tykkveggsteorien er brukt i denne artikkelen. Oppsummert er følgende konklusjoner trukket av aspekter. 

(1) Den radielle vibrasjonen til det radielt polariserte tykkveggede slanke røret tilhører aksesymmetrisk vibrasjon; 

(2) Problemet med det slanke røret forenkles til tøyningsproblemet når modellen er etablert. Det relative feilleddet kan ses at veggtykkelsen ikke har noen innvirkning på beregningsresultatene når modellkravene til piezokeramisk rørtransduser er oppfylt, og nøyaktigheten er høyere enn film- og tynnskallteorien;

(3) Ved selve bruken trenger det slanke røret bare å tilfredsstille . Hvis den ikke er fornøyd, kan det være en feil;

(4) Resonansfrekvensen til vibratoren analyseres med numerisk metode. Resultatene viser at resonansfrekvensen og den numeriske metoden utledet fra teorien brukes for å oppnå resonansfrekvensen og den numeriske metoden.