Pesquisa sobre a vibração radial do cilindro oco piezoelétrico com polarização radial

Combinado com a tensão do plano piezoelétrico e a teoria piezoelasticidade tridimensional, as características de vibração de um cilindro oco espesso de cerâmica piezoelétrico com polarização radial foram estudados, e as soluções fechadas são obtidas para o deslocamento radial mecânico e potencial elétrico. O deslocamento elétrico e a intensidade do campo elétrico são derivados a equação de carga de eletrostática, que resolve os problemas de relação não linear entre a força de tensão e elétrica. Com base no software de bordo, a admissão equivalente do cilindro oco espesso é estudada pela primeira vez, e as equações de ressonância exata e anti-ressonância correspondentes também são obtidas. Por meio de método numérico, as freqüências de ressonância e anti-ressonância de osciladores tubulares diferentes são calculados. Precisão e precisão desta teoria são verificadas por análise de elementos finitos. Todos estes fornecem a base para pesquisa teórica e design dos osciladores espessos cerâmicos piezoelétricos.

O tubo redondo cerâmico piezoelétrico é comumente usado para 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 para projetar tal transdutor. Portanto, este trabalho tem importante significado teórico e prático. O vibrador tubular circular é dividido em três tipos: polarização axial, tangencial e radial. Os eletrodos vibradores axiais e tangencialmente polarizados são diferentes dos eletrodos polarizados, e a polarização e a tensão tem a proporção do vibrador polarizado axialmente. A polarização é muito maior, e quase não há aplicação em engenharia, o eletrodo polarizado e o eletrodo de excitação Pode ser combinado em uma, e a tensão de polarização e excitação também é baixa, o que é mais no processo de fabricação. Existem vantagens e aplicações práticas. Em relação ao modo de vibração radial do vibrador tubular radialmente polarizado, estudos anteriores adotaram a teoria do filme fino ou da casca fina A teoria do filme fino ignora o estresse de cisalhamento e o estresse radial na equação de movimento, e a fina Teoria da Shell mantém o cisalhamento , o estresse, e a teoria acima é aplicável apenas a vibradores de tamanho especial, como paredes finas, e a situação ideal em que as dimensões longitudinal e radial são muitas ordens de magnitude maior que a espessura, causando inconveniência à aplicação. Estudos anteriores também estudaram o modo de vibração radial de vibradores de paredes espessos.

No entanto, diferentes aproximações são usadas. Por exemplo, a cerâmica piezoelétrica é considerada como materiais isotrópicos, e a série de aproximações truncadas é tomada durante a operação. As cerâmicas piezoelétricas e equações de movimento dos tubos piezoelétricos acústicos radialmente polarizados tubos de espessura de espessura vibradores delgados são derivados da polarização radial. Começando com a equação de carga eletrostática do vibrador, é estudada a vibração radial e a expressão de admissão elétrica é obtida. As equações de frequência de ressonância e anti-ressonância do vibrador são derivadas. A análise modal é realizada pelo elemento finito do Ansys. Os resultados mostram que os resultados teóricos do cálculo são limitados. Os resultados da meta-simulação estão no bom acordo.

A figura mostra um tubo esbelto de cerâmica cerâmica piezoelétrico. Para a conveniência da pesquisa, este artigo adota o sistema de coordenadas cilíndricas e leva a ordem de θ -1, Z-2, R-3, 2L é o comprimento do vibrador, e é o raio interno do vibrador. B é o raio externo do vibrador, e o tubo alongado é infinitamente longo 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, e a cerâmica piezoelétrica é submetida ao tratamento de polarização radial, que é um material isotrópico (isotrópico no θ Z direção) perpendicular à direção de polarização, processo piezoelétrico do tipo eletrônico de vibração axisimétrica do tubo esbelto sob coordenadas cilíndricas

Como a vibração do tube esbelto é simétrica sobre o eixo Z, os componentes de deslocamento e campo elétrico são satisfeitos: o tubo esbelto é muito longo, então o estudo do delgadopilha de tubo piezo.Pertence ao problema de tensão de avião, e os componentes de deslocamento e campo elétrico existem apenas no plano ORθ.

Características de vibração mecânica

Tubo piezoelétrico cilíndricosão principalmente excitações harmônicas em uso. O campo elétrico e distribuições de deslocamento estacionário estão sujeitos aos harmônicos. Os cálculos teóricos e os valores de simulação numérica de elementos finitos da ressonância da vibração radial ou a frequência anti-ressonância do vibrador de tubo esbelto são os valores calculados teóricos do coeficiente efetivo de acoplamento eletromecânico estão no bom acordo com os valores finitos de simulação numérica de elementos, que explica A racionalidade do método de derivação teórico acima para a vibração radial do tubo esbelto. A tabela mostra a variação da frequência de ressonância do vibrador com a espessura. Pode ser visto a partir dos dados na tabela que a frequência de ressonância ou 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 claramente vistos. 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. A tabela mostra a variação da frequência de ressonância de ressonância de 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 freqüências de ressonância ou anti-ressonância.

para concluir