Erforschung der radialen Schwingung von piezoelektrischem Hohlzylinder mit radialer Polarisation (2)

Piezoelektrische Keramikrohrwird häufig für die akustische Wandlereinheit verwendet. Es verfügt über eine einfache Struktur, eine stabile Leistung, ein bequemes Layout, eine gleichmäßige Verzeichnis entlang der radialen Richtung und eine hohe Empfindlichkeit. Daher wird es hauptsächlich in den Bereichen Unterwasserakustik, Geologie und Erdölforschungen verwendet. Die Schwingungseigenschaften des Vibrators beeinflussen direkt die dynamische Leistung des Wandlers. Die Untersuchung des Schwingungsmodus ist die Grundlage für die Gestaltung eines solchen Wandlers. Daher hat diese Arbeit eine wichtige theoretische und praktische Bedeutung. Der kreisförmige Rohrvibrator ist in drei Arten unterteilt: axial, tangentiale und radiale Polarisation. Die axialen und tangential polarisierten Oszillatoranregungselektroden unterscheiden sich von den polarisierten Elektroden und das Polarisations- und Anregungsspannungsverhältnis des axial polarisierten Oszillators.

Die Polarisation ist viel höher und es gibt fast keine Anwendung im Engineering. Sie sind radial polarisiert, radial angeregter Oszillator, die polarisierte Elektrode und die Anregungselektrode kann zu einem kombiniert werden, und die Polarisation und Anregungsspannung sind ebenfalls niedrig, was mehr im Herstellungsprozess entspricht. Es gibt Vorteile und praktische Anwendungen. Bezüglich des radialen Schwingungsmodus des radial polarisiertenPiezoelektrikumsröhrlerVibrator, die vorherigen Studien haben größtenteils die Theorie des Dünnfilms oder der dünnen Schale übernommen. Die Thin -Film -Theorie ignoriert die Scherspannung und die radiale normale Spannung in der Bewegungsgleichung, und die Thin Shell -Theorie behält die Scherspannung bei. Die Theorie gilt nur für Vibratoren mit besonderer Größe, wie z. B. dünne Wände und ideale Situationen, in denen die Längs- und radialen Abmessungen Größenordnungen sind, die größer sind als die Dicke. Dies bringt Unannehmlichkeiten für die Anwendung. Die Vorgänger haben auch die radialen Schwingungsmodi von dickwandigen Vibratoren untersucht, aber sie haben unterschiedliche Annäherungen angenommen. Beispielsweise werden piezoelektrische Keramik als isotrope Materialien angesehen, und die Serie wird im Betriebsprozess abgeschnitten. Ausgehend von den piezoelektrischen und beweglichen Gleichungen der dickwandigen schlanken Vibrator der piezoelektrischen Keramik, die mit der elektrostatischen Ladung Gleichung des Vibrators kombiniert Der Vibrator wird abgeleitet. Das endliche Element führt eine modale Analyse durch. Die Ergebnisse zeigen, dass die theoretischen Berechnungsergebnisse gut mit den Ergebnissen der Finite -Elemente -Simulation übereinstimmen.

Die Abbildung zeigt eine piezoelektrische Keramik-dickwandige schlanke Schläuche. Für die Bequemlichkeit der Forschung nimmt dieses Papier das zylindrische Koordinatensystem an und nimmt die Reihenfolge von θ -1, z-2, r-3, 2L die Länge des Vibrators an und A ist der innere Radius des Vibrators. , B ist der äußere Radius des Vibrators und der verlängerteakustische piezoelektrische Zylinderrohresind unendlich lang in Z -Richtung, sodass der piezoelektrische Vibrator eine axisymmetrische Schwingung herstellt.

In der Abbildung sind die Polarisationsrichtung und die Anregungsrichtung des Vibrators beide radiale Richtung, dh die R -Richtung der RPiezo -Rohrstapelpiezoelektrische Keramik wird der radialen Polarisationsbehandlung unterzogen. Es ist ein isotropes Material (isotrop in der θ z-Richtung) senkrecht zur Polarisationsrichtung, E-Typ-Piezoelektrizitätsprozess des axiSymmetrischen Schwingung von Slender-Rohr unter zylindrischen Koordinaten

(2) Da die Schwingung des schlanken Röhrchens in Bezug Verschiebungs- und elektrische Feldkomponenten existieren nur in der OR & thgr; -Ebene.

Mechanische Schwingungseigenschaften

Piezoelektrische Keramikvibratoren sind meistens harmonische Anregungen. Das elektrische Feld und das stationäre Verschiebungsverteilungen unterliegen den Harmonischen. Die theoretischen Berechnungen und Finite-Simulationswerte der radialen Schwingungsresonanz und der Anti-Resonanzfrequenz des Slender-Rohrvibrators sind die theoretischen berechneten Werte der effektiven elektromechanischen Kopplungskoeffizienten, die die Rationalität in der guten Übereinstimmung mit den endlichen numerischen Simulationswerten erklären, die Rationalität erklärt der theoretischen Ableitung Methode zur radialen Schwingung des schlanken Rohrs. Tabelle 1 zeigt die Variation der Resonanzresonanzfrequenz des piezoelektrischen Keramikvibrators mit der Dicke. Aus den Daten in der Tabelle ist ersichtlich, dass die Resonanz-Anti-Resonanzfrequenz des Vibrators mit gleicher Länge und der gleiche Innendurchmesser mit zunehmender Dicke kleiner wird, und die Vibratoren 2 und 3 sind deutlich zu sehen. 4 ist ein dickwandiger Vibrator. Aus dem Vergleich der Berechnungsergebnisse in der Tabelle gilt die Theorie auf dickwandige Vibratoren mit kleinen Fehlern. Tabelle zeigt das Variationsgesetz der Resonanz-Anti-Resonanzfrequenz vonpiezoelektrisches RöhrenelementVibratoren mit unterschiedlichen Längen. Aus dem Vergleich der Daten in der Tabelle, dass das Modell erfüllt ist, ist es ersichtlich. Unter der Prämisse haben die Resonatoren mit den gleichen inneren und äußeren Durchmessern unterschiedliche Resonanz-Anti-Resonanzfrequenzen.

abschließend

In dieser Arbeit in Kombination mit der Ebene der Ebene und der dreidimensionalen piezoelektrischen elastischen Mechanik-Theorie wird die radiale Schwingung des radial polarisierten dickwandigen piezoelektrischen Keramikschlauchrohrs durchgeführt. Die Studie erhält die genaue Lösung der Verschiebungsfunktion und die potenzielle Funktion . Zum ersten Mal wird das äquivalente Leitfähigkeitsnanoloch des dickwandigen Vibrators untersucht, und die genaue Resonanz-Anti-Resonanz-Frequenzgleichung wird erhalten und durch Finite-Elemente-Analyse verifiziert. Die obige Analyse zeigt, dass in diesem Artikel die Dickwandtheorie verwendet wird. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die folgenden Schlussfolgerungen durch Aspekte gezogen werden.

(1) Die radiale Schwingung des radial polarisierten dickwandigen schlanken Röhrchens gehört zur axisymmetrischen Schwingung;

(2) Das Problem mit schlankem Röhrchen wird beim festgelegten Modell mit dem Problem der Ebenenstammverdehnung vereinfacht. Der relative Fehlerbegriff ist zu erkennen, dass die Wandstärke keinen Einfluss auf die Berechnungsergebnisse hat, wenn die Modellanforderungen vonPiezoceramic -Rohrwandlerwerden erfüllt, und die Genauigkeit ist höher als die Film- und Dünnschalen -Theorie;

(3) Bei der tatsächlichen Verwendung muss der schlanke Röhrchen nur befriedigen. Wenn es nicht erfüllt ist, kann es einen Fehler geben.

(4) Die Resonanzfrequenz des Vibrators wird nach numerischer Methode analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die aus der Theorie abgeleitete Resonanzfrequenz und numerische Methode verwendet werden, um die Resonanzfrequenz und die numerische Methode zu erhalten.