压电陶瓷复合超声换能器径向振动特性的仿真研究

发布时间：2021-11-27 03:10

　　区别于已有的换能器等效电路分析方法,基于机械系统振动理论,结合本构方程,分析了换能器的径向振动特性。将压电陶瓷复合超声换能器简化为由压电陶瓷圆管与金属预应力管组成的组合厚壁筒力学模型,建立了由压电陶瓷圆管与金属预应力管径向耦合振动波动方程、组合厚壁筒径向振动连续性条件与边界条件组成的换能器径向振动数学模型。建立了换能器径向振动固有频率方程及振型函数,固有频率计算结果与参考文献实验测量值具有较高的符合率。分别基于解析法与差分法求建立了换能器径向振动的数值仿真模型,给出了换能器径向振动的幅频特性与位移响应。仿真结果表明:两种方法所得幅频特性曲线相同、位移响应相同,验证了仿真结果的正确性。通过仿真分析,给出了换能器结构尺寸对其径向振动固有频率的影响规律:当金属预应力管与压电陶瓷圆管壁厚一定时,换能器径向振动固有频率随压电陶瓷圆管内径的增大而减小;当金属预应力管外径与压电陶瓷圆管内径一定时,换能器径向振动固有频率随压电陶瓷圆管与金属预应力管壁厚比值的增大而减小。 

【文章来源】：振动与冲击. 2020,39(21)北大核心EICSCD

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

换能器示意图

换能器力学模型

图3所示为金属预应力管的力学模型。其中,rb、rc、l1为金属预应力管的内径、外径、高度。F r b 2 为压电陶瓷圆管所施加给金属预应力管的径向力。在极坐标下,其径向振动的波动方程[14]为ρ 1 ? 2 v ?t 2 = ?σ r ?r + σ r -σ θ r ?????? ??? (1)


本文编号：3521446