Dynamikforschung von Piezoelektrizitätsrohr

Piezoelektrische Keramik sind eine Art Kristallmaterial, das eine Formänderung wie Komprimierung oder Dehnung unterzogen wird, wenn sie mechanischer Spannung ausgesetzt sind. Wenn sich die Form ändert, werden auf beiden Seiten des Kristalls unterschiedliche Ladungen erzeugt. Umgekehrt hinzufügen eine andere Spannung über dieLineare Piezo -Röhrchenführt zu einer entsprechenden mechanischen Verschiebung oder Spannung. Das viertelpiezoelektrische Keramikrohr ist ein hohlzylindrisches Keramikrohr mit einer leitenden Beschichtung auf der innere zylindrische Oberfläche und vier leitenden Schichten, die in der Fläche gleich sind, aber voneinander isoliert sind. Durch das Auftragen einer Spannung zwischen der leitenden Schicht der inneren Oberfläche und der leitenden Schicht der äußeren Oberfläche kann das Keramikrohr eine Bewegungsform wie Biegung, Dehnung oder eine kugelförmige Krone erzeugen. Um Keramikrohre ordnungsgemäß zu verwenden, muss eine dynamische Analyse durchgeführt werden.

Dynamische Analyse von Keramikrohre in der Dehnung

Unter der Annahme, dass die angelegte Spannung Nullspannung auf das Röhrchen ist, werden die vier Elektroden außerhalb des Rohrs gleichzeitig mit einer positiven Spannung in die gleiche Richtung angelegt. Dann gibt es £ 1: 1 S12 · + D31 · E3, wobei £ Dehnung ist, und die Nummern 1 bis 6 repräsentieren Koordinatenvektorrichtungen, die z, y, yz, z, xy darstellen. SL2 repräsentiert den Elastizitätsmodul, d. Zeigt die Länge und E an die elektrische Feldstärke. Wobei B der Viskositätskoeffizient ist; ist die Verschiebung; J0 ist die Keramikdichte; A ist der Keramikrohrquerschnittsbereich; SFI ist der piezoelektrische Koeffizient.

Die Bewegungsanalyse des Keramikrohrs beim Biegen wird aus der statischen Analyse der menschlichen Hand analysiert, und die Verformung wird durch geometrische Methode analysiert. In der Formel ist L die Länge des Keramikrohrs; M ist die Masse des Keramikrohrs pro Länge der Einheit.

Simulationsanalyse

Durch die obige theoretische Analyse, kombiniert mit den mechanischen Gleichungen der Dehnung und Biegung vonpiezoelektrischer ZylinderwandlerDie ANSYS -Software wurde in der experimentellen Forschung verwendet. Die modale Analyse und die transiente Dynamikanalyse des Keramikrohrs werden in der Analyse unter Berücksichtigung der Vernetzung und der tatsächlichen Leitung bei der Festlegung des Finite -Elemente -Modells durchgeführt. Der zylindrische Vier-Cent-Zylinder wird als Ganzes zusammengebaut und verbunden, um sicherzustellen, dass die Haftung zwischen den beiden Zylindern nicht leitfähig ist, sondern die Kraftübertragung und -verformung der realen Situation entspricht.

Finite -Elemente -Mesh -Division der viertelpiezoelektrischen Keramikrohre

Das viertelpiezoelektrische Keramikrohr ist ein typisches elektromechanisches Kupplungsgerät. Daher muss für die Gitterabteilungseinheit des viertelpiezoelektrischen Keramikrohrs die gekoppelte Feldanalyse verwendet werden. Die gekoppelte Feldanalyse wird in den Einheiten der Lens3-, Solid5- und Solid98 -Einheiten der ANSYS -Software unterstützt, in der SOLID5 zur Analyse von piezoelektrischen Materialien verwendet werden kann. Das Solid5-Modell ist eine dreidimensionale Einheit, die aus acht Knoten besteht, die eine hexaedrische Struktur mit maximal sechs Freiheitsgrad pro Knoten bilden. Für die Analyse von piezoelektrischen Materialien werden nur drei Freiheitsgrade und ein Spannungsgrad der Freiheit verwendet. Das endliche Piezo-Element-Diagramm des piezoelektrischen Keramikrohrs geteilt durch die massive maschinenelektrische Kopplungseinheit ist gezeigt. Dies umfasst 2.160 Sol-ID5-Einheiten und 6.020 Solid95-Einheiten. Der Grad der Freiheit von Solid5 ist auf vier festgelegt, nämlich die Verschiebungen UX, UZ und ein Spannungsgrad der Freiheitsvolt in den Anweisungen X, Y und Z.

Modale Analyse von piezoelektrischen Keramikröhrchen mit viertelem Viertel

Die modale Analyse ist die Grundlage für die dynamische transiente Analyse, die die Schwingungseigenschaften des viertelpiezoelektrischen Keramikrohrs bestimmen kann, nämlich die Eigenfrequenz- und Modusform der Struktur, die eine theoretische Grundlage für das Design der Antriebskreis bietet. Die modale Analyse eines Piezoceramic -Rohrs definiert zunächst die Randbedingungen mit einer symmetrischen Struktur. Gemäß der tatsächlichen Situation im Anwendungsprozess wird eine Verschiebungsbeschränkung mit Null auf die untere Endfläche der Elektrode angewendet. Gleichzeitig werden die potenziellen Randbedingungen der piezoelektrischen Keramik definiert, und die oberen und unteren Elektroden der angrenzenden zwei piezoelektrischen Keramikblätter sind von einem Knoten gekoppelt und werden auch als eine elektrische Trennung definiert. Die modale Analyse der Systemstruktur wird dann mit dem von ANSYS bereitgestellten Modal Complete Solver durchgeführt.

Transiente Analyse der viertelpiezoelektrischen Keramikrohre

Die transiente Dynamikanalyse wurde durchgeführt, um die dynamische Reaktion des Keramikrohrs zu beobachten, da sie jederzeit eine zeitlich variierende Belastung durchläuft. In der ANSYS -Analyse wurde die Sägezahnspannung auf das viertelpiezoelektrische Keramikrohr aufgetragen, um die Biegeschwingung des Piezo -Keramikrohrs zu erhalten. Im Analyseprozess sind Trägheit und Dämpfung aufgrund der Korrelation zwischen Last und Zeit zwei wichtige Aspekte, die berücksichtigt werden müssen. Die Dämpfungsmatrix wird durch Raylwigh -Dämpfungskonstante A erhalten, die mit der Massenmatrix bzw. der Steifigkeitsmatrix multipliziert wird. Die elektromechanische Kupplungseinheit im Finite -Piezo -Elementmodell des Keramikrohrs ist eine nichtlineare Einheit, die die Lösung der transienten dynamischen Analyse zu Schwierigkeiten bringt. Daher wird die zeitintegrale Methode verwendet, um die dynamischen Differentialgleichungen zu diskreten Zeitpunkten zu lösen. Das Zeitinkrement wird als Integrationszeitschritt (ITS) bezeichnet, und die Größe des Schritts wirkt sich direkt auf die Genauigkeit der transienten Analyselösung aus. Die Schrittgröße ist ein wichtiger Parameter in der Analyse. Je kleiner der Zeitschritt ist, desto höher ist die Genauigkeit. Ein zu kleiner Zeitintegrationsschritt verschwendet jedoch Rechenressourcen und kann sogar zu einer numerischen Analyse führen, die nicht abgeschlossen wird. Wenn die Schrittgröße zu groß ist, wird der Berechnungsfehler der modalen Reaktion höherer Ordnung des viertelpiezoelektrischen Keramikrohrmechanismus verursacht. Daher ist nach der tatsächlichen Situation die in diesem Experiment verwendete treibende Wellenform die Sägezahnwellenspannung, und diese Spannung erscheint keine schwerwiegende Wellenformverzerrung.

Gleichzeitig, kombiniert mit den Modalanalyseergebnissen bei der Auswahl des Integrationszeitschritts, sollte der Zeitschritt die Lösung der Antwortfrequenz klein genug sein, um die Bewegungsantwort der Struktur zu lösen. Gemäß dem Probenahmestheorem beträgt der optimale Zeitschritt TS ≤ 1/20F (die Fabrik ist die Eigenfrequenz des viertelpiezoelektrischen Keramikrohrs, die Eigenfrequenz wird aus der Produktparameterspezifikation und TS ≤ 1/(10 × erhalten 2 242) wird erhalten. Das IT wird als 1,22 s angesehen, so dass der Integrationszeitschritt der transienten Analyse des viertelpiezoelektrischen Keramikrohrs als 1 s zusammengefasst wird Wie große Verformungen, materielle Nichtlinearität und Kontakt, die vollständige Systemmatrix wird verwendet, um die transiente dynamische Reaktion zu berechnen, dh ohne jegliche Form der Vereinfachung der Matrix. Dies minimiert die Auswirkungen der Nichtlinearität. Die transienten Dynamikanalyse und Lösung sind Durch den viertelpiezoelektrischen Keramikrohrmechanismus durchgeführt V, die Kurve der Verschiebung bei der y-Richtung des Piezoceramic-Rohrs, der als Funktion der Zeit gezeigt wurde, wurde erhalten. Wenn ein Stufensignal mit einer Spannungsamplitude von 270 V angewendet wird, wird das obere Ende des Piezoceramic -Rohrs in y -Richtung verschoben.

Das ViertelPZT -Material PiezoelektrikumErzeugt unter der Wirkung der Sägezahnspannung unterschiedliche Amplitudenspannungen. Die Spannung wird analysiert, und das Ergebnis kann eine gewisse Anleitung zur Installation des piezoelektrischen Keramikrohrs geben und die Position, in der Müdigkeit auftritt . Je dunkler die Farbe ist, desto größer ist der Stress. Es ist ersichtlich, dass die Oberseite des Keramikrohrs seine Spannungskonzentrationszone ist, in der es am wahrscheinlichsten auftritt