Pesquisa sobre a vibração radial do cilindro oco piezoelétrico com polarização radial (2)

Tubo redondo cerâmico piezoelétricoé um comumente utilizado para a unidade de transdutor acústico. Tem estrutura simples, desempenho estável, layout conveniente, diretividade uniforme ao longo da direção radial e alta sensibilidade. Portanto, é usado principalmente nas áreas de acústica subaquática, geologia e exploração de petróleo. As características de vibração do vibrador afetam diretamente o desempenho dinâmico do transdutor. O estudo do seu modo de vibração é a base da concepção de tais transdutor a. Portanto, este trabalho tem importante significado teórico e prático. O vibrador tubular circular está dividido em três tipos: axial, tangencial e radial de polarização. Os eléctrodos oscilador de excitação axial e tangencialmente polarizados são diferentes dos eléctrodos polarizados, e a polarização e excitação relação de tensão do oscilador axialmente polarizado.

A polarização é muito maior, e não há quase nenhuma aplicação na engenharia. Eles são radialmente polarizados, radialmente oscilador animado, o eléctrodo polarizado e o eléctrodo de excitação podem ser combinados em um, e o polarização e tensão de excitação também é baixa, o que é mais, no processo de fabrico. Existem vantagens e aplicações práticas. Em relação ao modo de vibração radial da radialmente polarizadosTransdutor de tubo piezoelétrico.vibrador, os estudos anteriores têm na sua maioria adotou a teoria de película fina ou casca fina. A teoria de película fina ignora a tensão de corte e a tensão normal radial na equação de movimento, e a teoria de casca fina mantém a tensão de cisalhamento. A teoria aplica-se apenas para vibradores especiais de tamanho, tais como paredes finas, e situações ideais onde as dimensões longitudinais e radiais são ordens de magnitude maior do que as thickness.This traz inconvenientes para a aplicação. Os antecessores também estudaram os modos de vibração radial de vibradores de paredes espessas, mas eles têm adoptado diferentes aproximações. Por exemplo, cerâmicas piezoeléctricas são considerados como materiais de isotrópicas, e a série é cortado no processo de operação. A partir dos piezoeléctricos e movimento equações do vibrador delgado de paredes espessas de cerâmica piezoeléctricos, combinando-se com a equação de carga electrostática do vibrador, a vibração radial é estudado para se obter a expressão admissão eléctrica, e os de ressonância e a frequência de anti-ressonância equações de o vibrador são derivados. Os executa elementos finitos modal análise. Os resultados mostram que os resultados dos cálculos teóricos estão de acordo com os resultados elemento de simulação finitos.

A figura mostra um tubo delgado piezoeléctrico de cerâmica de paredes espessas. Para a conveniência de investigação, o presente documento utiliza o sistema de coordenadas cilíndricas e leva a ordem de θ -1, Z-2, R-3, 2L é o comprimento do vibrador, e a é o raio interno do vibrador. , B é o raio exterior do vibrador, e o alongadaacústico piezoeléctrico cilindro tubossão infinitamente longos na direção z, então o vibrador piezoelétrico faz uma vibração axisimétrica.

Na figura, a direção de polarização e a direção da excitação do vibrador são ambos na direção radial, isto é, a direção r dopilha de tubo piezo.A cerâmica piezoelétrica é submetida ao tratamento radial de polarização é um material isotrópico (isotrópico na direção θ Z) perpendicular à direção de polarização, processo piezoelétrico do tipo eletrônico de vibração axisimétrica do tubo esbelto sob coordenadas cilíndricas

(2) Uma vez que a vibração do tubo esbelto é simétrica sobre o eixo Z, os componentes de deslocamento e campo elétrico são satisfeitos: o tubo esbelto é muito longo, para que o estudo do tubo esbelto pertença ao problema de tensão do plano, e Deslocamento e componentes de campo elétricos existem apenas no plano ORθ.

Características de vibração mecânica

Vibradores cerâmicos piezoelétricos são principalmente excitações harmônicas para usar. O campo elétrico e distribuições de deslocamento estacionário estão sujeitos aos harmônicos. Os cálculos teóricos e os valores de simulação finita da ressonância de vibração radial e a frequência de ressonância do vibrador de tubo esbelto são os valores calculados teóricos do coeficiente de acoplamento eletromecânico efetivo estão no bom acordo com os valores finitos de simulação numérica de elementos, que explica a racionalidade do método de derivação teórico para a vibração radial do tubo esbelto. A Tabela 1 mostra a variação da frequência de ressonância da ressonância do vibrador de cerâmica piezoelétrico com a espessura. Pode ser visto a partir dos dados na tabela que a frequência de ressonância anti-ressonância do vibrador com o mesmo comprimento e o mesmo diâmetro interno se torna menor com o aumento da espessura, e os vibradores 2 e 3 podem ser vistos claramente. 4 é um vibrador de paredes espessos. A partir da comparação dos resultados do cálculo na tabela, a teoria é aplicável a vibradores de paredes espessos com pequenos erros. Tabela mostra a lei de variação da frequência de ressonância de ressonância deElemento de tubos piezoelétricos.vibradores com diferentes comprimentos. Pode ser visto a partir da comparação dos dados na tabela que o modelo é satisfeito. Sob a premissa, os ressonadores com os mesmos diâmetros internos e externos têm diferentes frequências anti-ressonância de ressonância.

para concluir

Neste trabalho, combinado com a estirpe de plano e a teoria de mecânica piezoelétrica tridimensional, a vibração radial da tubulação de cerâmica piezoelétrica de parede espessa radialmente polarizada é realizada. O estudo obtém a solução exata da função de deslocamento e a função potencial . Pela primeira vez, a condutância equivalente nano-buraco do vibrador de paredes espessas é estudada, e a exata equação de frequência anti-ressonância ressonante é obtida e verificada por análise de elementos finitos. A análise acima mostra que a teoria da parede espessa é usada neste documento. Em resumo, as seguintes conclusões são desenhadas por aspectos.

(1) A vibração radial do tubo esbelto de parede espessa radialmente polarizado pertence à vibração axisimétrica;

(2) O problema do tubo esbelto é simplificado para o problema de tensão de avião quando o modelo é estabelecido. O termo de erro relativo pode ser visto que a espessura da parede não tem efeito nos resultados do cálculo quando os requisitos do modelo deTransdutor de tubo piezocerâmico.são atendidos e a precisão é maior que o filme e a fina teoria do shell;

(3) No uso real, o tubo esbelto só precisa satisfazer. Se não estiver satisfeito, pode haver algum erro;

(4) A frequência de ressonância do vibrador é analisada pelo método numérico. Os resultados mostram que a frequência de ressonância e o método numérico derivado da teoria são usados ​​para obter a frequência de ressonância e o método numérico.