Pesquisa Dinâmica do tubo de piezoeletricidade

Cerâmica piezoelétrica são um tipo de material de cristal que sofre uma mudança de forma, como compressão ou alongamento quando submetido a estresse mecânico. À medida que a forma muda, são geradas taxas diferentes em ambos os lados do cristal. Por outro lado, a adição de uma tensão entre os diferentestubos piezo linearesresultará num deslocamento ou esforço mecânico correspondente. O tubo cerâmico trimestre-piezoeléctrico é um tubo de cerâmica cilíndrico oco com um revestimento condutor na superfície cilíndrica interior e quatro camadas condutoras que são iguais em área, mas isolados um do outro. A aplicação de uma tensão entre a camada condutora da superfície interior e a camada condutora da superfície exterior pode fazer com que o tubo cerâmico para produzir uma forma de movimento, tais como flexão, o alongamento, ou uma coroa esférica. A fim de utilizar correctamente tubos cerâmicos, análise dinâmica deve ser realizada.

Análise dinâmica de tubos cerâmicos em Alongamento

Assumindo que a tensão aplicada é de voltagem zero aplicada ao tubo, os quatro eletrodos fora do tubo são aplicados simultaneamente com uma tensão positiva na mesma direção. Em seguida, há £ 1: 1 S12 · + D31 · E3 onde £ é a tensão, e os números de 1 a 6 representam direções de vetor de coordenadas, que representam z, y, yz, z, xy, respectivamente. SL2 representa o módulo de elasticidade, d. Indica o comprimento e e é a força do campo elétrico. Onde B é o coeficiente de viscosidade; é o deslocamento; J0 é a densidade cerâmica; A é a área transversal do tubo cerâmico; SFI é o coeficiente piezoelétrico.

A análise de movimento do tubo cerâmico quando a flexão é analisada a partir da análise estática da mão humana, e a deformação é analisada pelo método geométrico. Na fórmula, l é o comprimento do tubo cerâmico; M é a massa do tubo cerâmico por duração da unidade.

Análise de Simulação.

Através da análise teórica acima, combinada com as equações mecânicas de alongamento e flexão deTransdutor de cilindro piezoelétrico., Ansys Software foi usado na pesquisa experimental. A análise modal e a análise de dinâmica transitória do tubo cerâmico são realizadas na análise, levando em conta a condução de malha e real ao estabelecer o modelo de elementos finitos. O cilindro cilíndrico de quatro centavos é construído e ligado juntos como um todo para garantir que a adesão entre os dois cilindros não seja condutiva, mas a transmissão de força e deformação estão em conformidade com a situação real.

Divisão de malha de elementos finitos do trimestre de tubo cerâmico piezoelétrico

O Tubo Cerâmico de Quarter-Piezoelétrico é um dispositivo de acoplamento eletromecânico típico. Portanto, para a unidade de divisão da grade do trimestre-tubo cerâmico piezoelétrico, o tipo de elemento finito está suportando a análise de campo acoplada deve ser usada. A análise de campo acoplada é suportada nas unidades Lens3, Solid5 e Solid98 do software Ansys, onde o Solid5 pode ser usado para analisar materiais piezoelétricos. O modelo Solid5 é uma unidade tridimensional que consiste em oito nós formando uma estrutura hexaédrica com um máximo de seis graus de liberdade por nó. Apenas três graus de deslocamento de liberdade e um grau de tensão de liberdade são usados ​​para a análise de materiais piezoelétricos. O diagrama de elemento piezo finito do tubo cerâmico piezoelétrico dividido pela unidade de acoplamento da máquina SOLID5 é mostrada. Esses incluem 2.160 unidades SOL-ID5 e 6.020 unidades SOLID95. O grau de liberdade de Solid5 é definido para quatro, que são os deslocamentos UX, UZ e um grau de tensão de voltas da liberdade nas direções X, Y e Z, respectivamente.

Análise modal de trimestres de tubos cerâmicos piezoelétricos

A análise modal é a base da análise transitória dinâmica, que pode determinar as características de vibração do trimestre de tubo cerâmico piezoelétrico, nomeadamente a forma de frequência e modo natural da estrutura, proporcionando uma base teórica para o desenho do circuito de acionamento. A análise modal de um tubo piezocerâmico define primeiro as condições de fronteira com uma estrutura simétrica. De acordo com a situação real no processo de inscrição, uma restrição de deslocamento zero é aplicada à superfície da extremidade inferior do eletrodo. Ao mesmo tempo, as condições de limite potenciais da cerâmica piezoelétrica são definidas, e os eletrodos superiores e inferiores das duas folhas cerâmicas piezoelétricas adjacentes são acoplados por um nó e também são definidos como uma desconexão elétrica. A análise modal da estrutura do sistema é então executada usando o solucionador completo modal fornecido pela Ansys.

Análise transitória dos trimestres de tubos cerâmicos piezoelétricos

A análise de dinâmica transitória foi realizada para observar a resposta dinâmica do tubo cerâmico, uma vez que sofre qualquer carga variável. Na análise de Ansys, a tensão SawTooth foi aplicada ao trimestre de tubo cerâmico piezoelétrico para obter a vibração de flexão do tubo cerâmico piezo. No processo de análise, devido à correlação entre carga e tempo, força inercial e amortecimento são dois aspectos importantes a serem considerados. A matriz de amortecimento é obtida pela constante de amortecimento de Raylwigh A, multiplicada por matriz de massa e matriz de rigidez, respectivamente. A unidade de acoplamento eletromecânica no modelo de elemento piezo finito de tubo cerâmico é uma unidade não linear, que traz dificuldades para a solução de análise dinâmica transitória. Portanto, o método de tempo integral é usado para resolver as equações diferenciais dinâmicas em pontos de tempo discretos. O incremento de tempo é chamado de tempo de integração (o seu), e o tamanho da etapa afeta diretamente a precisão da solução de análise transitória. O tamanho do passo é um parâmetro importante na análise. Quanto menor a etapa de tempo, maior a precisão. No entanto, um passo de integração muito pequeno demais irá desperdiçar recursos de computação e pode até levar à análise numérica que não está sendo concluída. Se o tamanho do passo for muito grande, o erro de cálculo da resposta modal de ordem superior do trimestre mecanismo de tubo cerâmico piezoelétrico será causado. Portanto, de acordo com a situação real, a forma de onda de condução usada neste experimento é a tensão da onda SawTooth, e essa tensão não parece uma distorção grave de onda.

Ao mesmo tempo, combinado com os resultados da análise modal, na seleção da etapa do tempo de integração, a principal consideração é resolver a frequência de resposta, a etapa de tempo deve ser pequena o suficiente para resolver a resposta de movimento da estrutura. De acordo com o teorema de amostragem, a etapa de tempo ideal é TS≤1 / 20F (a fábrica é a frequência natural do tubo cerâmico de trimestre-piezoelétrico, a frequência natural é obtida a partir da especificação do parâmetro do produto, e TS≤1 / (10 × 2 242) é obtido. A sua é tomada como 1,22 s, portanto, a etapa de tempo de integração da análise transitória do trimestre tubo cerâmico piezoelétrico é tomada como 1 s. Em resumo, ao analisar os vibradores piezoelétricos, devido a uma variedade de fatores não lineares Tais como deformação grande, não linearidade e contato de materiais, a matriz completa do sistema é usada para calcular a resposta dinâmica transitória, ou seja, sem qualquer forma de simplificação da matriz. Isso minimizará os efeitos da não-linearidade. A análise e solução de dinâmica transitória são realizada no trimestre mecanismo de tubo cerâmico piezoelétrico. Os resultados da análise são os seguintes. Quando a tensão SawTooth aplicada ao trimestre do tubo cerâmico piezoelétrico é de 100 Hz e a amplitude é 150 V, a curva do deslocamento na direção Y do tubo piezocerâmico mostrada em função do tempo foi obtida. Quando um sinal de passo com uma amplitude de tensão de 270 V é aplicado, a extremidade superior do tubo piezocerâmico é deslocada na direção Y.

O trimestreTubo piezoelétrico de material PZTgerará estressas diferentes de amplitude sob a ação da tensão SawTooth. O estresse é analisado, e o resultado pode dar uma determinada orientação para a instalação do tubo cerâmico piezoelétrico, e pode prever a posição em que ocorre a fadiga. Mostra o estresse global do corpo vibrador durante a análise transitória e mostra o estresse local máximo . Quanto mais escura a cor, maior o estresse. Pode-se ver que o topo do tubo de cerâmica é a sua zona de concentração de estresse, onde a fadiga e a fratura são mais propensos a ocorrer, o que proporcionará orientação teórica para a instalação e aplicação de cargas.