Forskning på radiell vibrasjon av piezoelektrisk hul sylinder med radiell polarisering

Kombinert med piezoelektrisk planbelastning og tredimensjonal piezoelastisitetsteori, har vibrasjonsegenskapene til en piezoelektrisk keramisk tykk hul sylinder med radiell polarisering blitt studert, og lukkede løsninger oppnås for den mekaniske radielle forskyvningen og elektrisk potensial. Den elektriske forskyvningen og den elektriske feltstyrken er utledet fra ladningsligningen for elektrostatikk, som løser problemene med ikke-lineært forhold mellom spenning og elektrisk feltstyrke. Basert på lønnsprogramvare studeres den ekvivalente admittansen til den tykke hule sylinderen for første gang, og tilsvarende eksakte resonans- og antiresonansfrekvenslikninger oppnås også. Ved hjelp av nummerisk metode beregnes resonans- og anti-resonansfrekvensene til rørformede oscillatorer av forskjellige størrelser. Nøyaktigheten og presisjonen til denne teorien verifiseres ved endelig elementanalyse. Alle disse gir grunnlaget for teoretisk forskning og design av de piezoelektriske keramiske tykke oscillatorene.

Piezoelektrisk keramisk runde rør er et ofte brukt for akustisk transduser. 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 aksial- og tangentielt polariserte vibratorelektrodene er forskjellige fra de polariserte elektrodene, og polarisasjonen og spenningen har forholdet til den aksialpolariserte vibratoren. Polarisasjonen er mye høyere, og det er nesten ingen bruk i ingeniørfag, den polariserte elektroden og eksitasjonselektroden kan kombineres til én, og polarisasjonen og eksitasjonsspenningen er også lav, som også er lav. Det er fordeler og praktiske bruksområder. Når det gjelder den radielle vibrasjonsmodusen til den radielt polariserte rørvibratoren, har tidligere studier stort sett tatt i bruk teorien om tynnfilm eller tynt skall. Tynnfilmteorien ignorerer skjærspenningen og radiell spenning i bevegelsesligningen, og tynnskallteorien beholder skjærkraften, spenningen, og teorien ovenfor er kun anvendelig for spesial-, og tynnveggsituasjoner, f.eks. radielle dimensjoner er mange størrelsesordener større enn tykkelsen, og forårsaker dermed ulemper for applikasjonen. Tidligere studier har også studert den radielle vibrasjonsmodusen til tykkveggede vibratorer.

Imidlertid brukes forskjellige tilnærminger. For eksempel betraktes piezoelektrisk keramikk som isotropiske materialer, og rekken av avkortede tilnærminger tas under operasjonen. Den piezoelektriske keramikken og bevegelsesligningene til de radielt polariserte akustiske piezoelektriske rørene med tykkveggede slanke vibratorer er avledet fra den radielle polarisasjonen. Med utgangspunkt i den elektrostatiske ladningsligningen til vibratoren studeres den radielle vibrasjonen, og det elektriske admittansuttrykket oppnås. Resonans- og anti-resonansfrekvensligningene til vibratoren er utledet. Modalanalysen utføres av ANSYS finite element. Resultatene viser at de teoretiske beregningsresultatene er begrenset. Metasimuleringsresultatene stemmer godt overens.

Figuren viser et piezoelektrisk keramisk tykkvegget slankt rør. For enkelhets skyld tar denne artikkelen i bruk det sylindriske koordinatsystemet og tar størrelsesorden θ -1, z-2, r-3, 2L er lengden på vibratoren, og det er den indre radiusen til vibratoren. b er den ytre radiusen til vibratoren, og det langstrakte røret er uendelig langt i z-retningen, så den piezoelektriske vibratoren lager en aksesymmetrisk vibrasjon.

På figuren er polarisasjonsretningen og eksitasjonsretningen til vibratoren begge i den radielle retningen, det vil si r-retningen, og den piezoelektriske keramikken utsettes for den radielle polarisasjonsbehandlingen, som er et isotropisk materiale (isotropisk i θ z-retningen) vinkelrett på polarisasjonsretningen, E-type prosess for a piezoxi av slektymmetrisk piezoxi. sylindriske koordinater

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 piezorørstabelen tilhører planbelastningsproblemet, og forskyvnings- og elektriske feltkomponenter eksisterer bare i orθ-planet.

Mekaniske vibrasjonsegenskaper

Sylindriske piezoelektriske rør er for det meste harmoniske eksitasjoner i bruk. Det elektriske feltet og steady-state forskyvningsfordelingen er underlagt harmoniske. De teoretiske beregningene og finite element numeriske simuleringsverdiene for den radielle vibrasjonsresonansen eller anti-resonansfrekvensen til den slanke rørvibratoren er de teoretiske beregnede verdiene for den effektive elektromekaniske koblingskoeffisienten er i god overensstemmelse med de finite element numeriske simuleringsverdiene, noe som forklarer rasjonaliteten til den ovennevnte avledningsmetoden for slender tube. Tabell viser variasjonen av resonansfrekvensen til vibratoren med tykkelsen. Det kan sees fra dataene i tabellen at resonans- eller antiresonansfrekvensen til vibratoren med samme lengde og samme indre diameter blir mindre med økende tykkelse, og vibratorene 2 og 3 kan tydelig sees. det er en tykkvegget vibrator. Fra sammenligningen av beregningsresultatene i tabellen er teorien anvendelig for tykkveggede vibratorer med små feil. Tabell viser variasjonen av resonans-anti-resonansfrekvensen til 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 resonans- eller anti-resonansfrekvenser.

avslutningsvis