Исследование радиальной вибрации пьезоэлектрического полого цилиндра с радиальной поляризацией

В сочетании с деформацией пьезоэлектрической плоскости и трехмерной теорией пьезоупругих характеристик вибрации пьезоэлектрического пологого цилиндра с радиальной поляризацией с радиальной поляризацией, а растворы закрытого типа получаются для механического радиального смещения и электрического потенциала. Электрическое смещение и прочность на электрическом поле получены с уравнения заряда электростатики, что решает проблемы нелинейной взаимосвязи между напряжением и силой электрического поля. Основываясь на программном обеспечении Maple, эквивалентное вступление толстого полого цилиндра впервые изучается, а также получены соответствующие точные резонансные и противореживые частоты уравнений. С помощью численного метода рассчитываются резонансные и анти-резонансные частоты трубчатых осцилляторов различного размера. Точность и точность этой теории подтверждаются анализом конечных элементов. Все это обеспечивает основу для теоретических исследований и дизайна пьезоэлектрических керамических генераторов.

Пьезоэлектрическая керамическая круглая трубка обычно используется для акустического датчика. Он имеет простую структуру, стабильную производительность, удобную компоновку, равномерную направленность вдоль радиального направления и высокая чувствительность. Следовательно, он в основном используется в областях подводной акустики, геологии и разведки нефти. Характеристики вибрации вибратора напрямую влияют на динамическую производительность преобразователя. Изучение его режима вибрации является основой для проектирования такого преобразователя. Поэтому эта работа имеет важное теоретическое и практическое значение. Круглый трубчатый вибратор разделен на три типа: осевую, тангенциальную и радиальную поляризация. Осевые и тангенциально поляризованные вибраторные электроды отличаются от поляризованных электродов, а поляризация и напряжение имеют отношение осиально -поляризованного вибратора. Поляризация намного выше, и почти нет применения в технике, поляризованный электрод и электрод возбуждающий может быть объединен в один, а напряжение поляризации и возбуждения также низкое, что больше в производственном процессе. Есть преимущества и практические применения. Что касается режима радиальной вибрации радиально поляризованного трубчатого вибратора, предыдущие исследования в основном приняли теорию тонкой пленки или тонкой оболочки, теория тонкой пленки игнорирует напряжение сдвига и радиальное напряжение в уравнении движения, а теория тонкой оболочки сохраняет сдвиг , стресс, и вышеупомянутая теория применима только к вибраторам специального размера, таких как тонкие стены, и идеальная ситуация, когда продольные и радиальные размеры составляют много порядков больше толщины, что нанесло неудобства для применения. Предыдущие исследования также изучали режим радиальной вибрации толстостенных вибраторов.

Однако используются разные приближения. Например, пьезоэлектрическая керамика рассматривается как изотропные материалы, а серия усеченных приближений принимается во время операции. Пьезоэлектрическая керамика и уравнения движения радиально-поляризованных акустических пьезоэлектрических трубок толстостенные стройные вибраторы получены из радиальной поляризации. Начиная с уравнения электростатического заряда вибратора, изучается радиальная вибрация, и получается выражение электрического доступа. Получаются резонансные и анти-резонансные уравнения вибратора. Модальный анализ выполняется конечным элементом ANSYS. Результаты показывают, что теоретические результаты расчета ограничены. Результаты мета-симуляции находятся в хорошем согласии.

На рисунке показана пьезоэлектрическая керамическая толстостенная тонкая труба. Для удобства исследований эта статья принимает цилиндрическую систему координат и принимает порядок θ -1, z-2, r-3, 2l-длина вибратора, и это внутренний радиус вибратора. B является внешним радиусом вибратора, а удлиненная трубка бесконечно длинна в направлении Z, поэтому пьезоэлектрический вибратор производит осесимметричную вибрацию.

На рисунке направление поляризации и направление возбуждения вибратора находятся в радиальном направлении, то есть направление R, а пьезоэлектрическая керамика подвергается радиальной поляризационной обработке, которая является изотропным материалом (изотропный в θ z направление) перпендикулярно направлению поляризации, пьезоэлектрический процесс E-типа осесимметричной вибрации стройной трубки в цилиндрических координатах

Поскольку вибрация стройной трубки симметрична относительно оси Z, компоненты смещения и электрического поля удовлетворены: стройная трубка очень длинная, поэтому изучение стройногопьезой трубка стекапринадлежит задаче плоского деформации, а компоненты смещения и электрического поля существуют только в плоскости ORθ.

Механические характеристики вибрации

Цилиндрическая пьезоэлектрическая трубкав основном гармонические возбуждения в использовании. Электрическое поле и устойчивое распределение смещения подвержены гармоникам. Теоретические расчеты и значения численного моделирования конечных элементов радиального вибрационного резонанса или частоты анти-резонанса стройного вибратора труб Рациональность приведенного выше теоретического метода получения радиальной вибрации стройной трубки. Таблица показывает изменение частоты резонанса вибратора с толщиной. Из данных в таблице можно увидеть, что резонанс или частота анти-резонанса вибратора с той же длиной, и тот же внутренний диаметр становится меньше с увеличением толщины, и вибраторы 2 и 3 можно ясно видно. Это толстостенный вибратор. Из сравнения результатов расчета в таблице теория применима к толстостенным вибраторам с небольшими ошибками. В таблице показана изменение частоты анти-резонансных вибраторов резонанса с различной длиной. Это можно увидеть из сравнения данных в таблице, что модель удовлетворена. Под предпосылкой резонаторы с одинаковыми внутренними и внешними диаметрами имеют разные частоты резонанса или анти-резонанса.

В заключение