Investigación dinámica de tubo piezoelectricidad.

Las cerámicas piezoeléctricas son un tipo de material de cristal que sufre un cambio de forma, como la compresión o el alargamiento, cuando se somete a la tensión mecánica. A medida que cambia la forma, se generan diferentes cargas en ambos lados del cristal. A la inversa, agregando un voltaje diferente a través de latubos piezoelos linealesdará lugar a un desplazamiento mecánico o estrés correspondiente. El tubo de cerámica de cuartos-piezoeléctrico es un tubo cerámico cilíndrico hueco con un revestimiento conductor en la superficie cilíndrica interior y cuatro capas conductoras que son iguales en área pero aisladas entre sí. Aplicando un voltaje entre la capa conductora de la superficie interior y la capa conductora de la superficie exterior puede hacer que el tubo de cerámica produzca una forma de movimiento, como doblado, alargamiento o una corona esférica. Para usar adecuadamente los tubos de cerámica, se debe realizar un análisis dinámico.

Análisis dinámico de tubos de cerámica en alargamiento.

Suponiendo que el voltaje aplicado es el voltaje cero aplicado al tubo, los cuatro electrodos fuera del tubo se aplican simultáneamente con un voltaje positivo en la misma dirección. Luego, hay £ 1: 1 S12 · + D31 · E3 donde £ es una tensión, y los números 1 a 6 representan direcciones vectoriales de coordenadas, que representan z, y, yz, z, xy, respectivamente. SL2 representa el módulo de elasticidad, d. Indica la longitud y E es la fuerza del campo eléctrico. Donde b es el coeficiente de viscosidad; es el desplazamiento; J0 es la densidad cerámica; A es el área transversal de tubos cerámicos; SFI es el coeficiente piezoeléctrico.

El análisis de movimiento del tubo cerámico cuando se se analiza el análisis estático de la mano humana, y la deformación se analiza mediante un método geométrico. En la fórmula, L es la longitud del tubo cerámico; M es la masa del tubo de cerámica por unidad de longitud.

Análisis de simulación

A través del análisis teórico anterior, combinado con las ecuaciones mecánicas de alargamiento y flexión deTransductor de cilindro piezoeléctricoEl software ANSYS se utilizó en la investigación experimental. El análisis modal y el análisis de la dinámica transitoria del tubo de cerámica se llevan a cabo en el análisis, teniendo en cuenta la malla y la conducción real al establecer el modelo de elementos finitos. El cilindro cilíndrico de cuatro centavos se construye y se une en conjunto en conjunto para garantizar que la adhesión entre los dos cilindros no sea conductiva, pero la transmisión de la fuerza y ​​la deformación se ajustan a la situación real.

Elemento finito División de malla del trimestre Tubo de cerámica Piezoeléctrico

El tubo de cerámica de cuartos-piezoeléctrico es un dispositivo de acoplamiento electromecánico típico. Por lo tanto, para la unidad de división de cuadrícula del tubo de cerámica trimestral-piezoeléctrico, se debe utilizar el tipo de elemento finito. Se debe utilizar el análisis de campo acoplado. El análisis de campo acoplado se admite en las unidades de Lens3, Solid5 y Solid98 de ANSYS, donde se puede usar SOLID55 para analizar materiales piezoeléctricos. El modelo SOLID5 es una unidad tridimensional que consiste en ocho nodos que forman una estructura hexadedral con un máximo de seis grados de libertad por nodo. Solo tres grados de desplazamiento de libertad y un grado de voltaje de libertad se utilizan para el análisis de materiales piezoeléctricos. Se muestra el diagrama Finite Piezoem Element del tubo de cerámica piezoeléctrico dividido por la unidad de acoplamiento eléctrico Máquina Solid5. Estos incluyen 2,160 unidades SOL-ID5 y 6,020 unidades Solid35. El grado de libertad de Solid5 se establece en cuatro, que son los desplazamientos UX, UZ y un grado de voltaje de la libertad voltio en las direcciones X, Y y Z respectivamente.

Análisis modal de tubos de cerámica piezoeléctricos del barrio.

análisis modal es la base de análisis de transitorios dinámico, que puede determinar la vibración características del tubo de cerámica piezoeléctrico trimestre, es decir, la frecuencia natural y el modo de forma de la estructura, proporcionando una base teórica para el diseño del circuito de accionamiento. El análisis modal de un tubo piezocerámico define primero las condiciones de contorno con una estructura simétrica. De acuerdo con la situación real en el proceso de solicitud, una restricción de desplazamiento cero se aplica a la superficie de extremo inferior del electrodo. Al mismo tiempo, se definen los posibles condiciones de contorno de la cerámica piezoeléctrica, y los electrodos superior e inferior de las dos láminas de cerámica piezoeléctrica adyacentes están acoplados por un nodo, y también se definen como una desconexión eléctrica. se lleva a cabo entonces el análisis modal de la estructura del sistema utilizando el solucionador completa modal proporcionado por ANSYS.

Análisis de transitorios de tubos cerámicos piezoeléctricos trimestre

Se realizó el análisis de la dinámica de transitorios para observar la respuesta dinámica del tubo de cerámica, ya que se somete a cualquier carga variable en el tiempo. En el análisis ANSYS, la tensión de diente de sierra se aplicó al tubo de cerámica piezoeléctrica trimestre para obtener la vibración de flexión del tubo cerámico piezoeléctrico. En el proceso de análisis, debido a la correlación entre la carga y el tiempo, la fuerza de inercia y de amortiguación son dos aspectos importantes a considerar. La matriz de amortiguación se obtiene por Raylwigh constante de amortiguamiento a, multiplicado por matriz de masa y la matriz de rigidez respectivamente. La unidad de acoplamiento electromecánico en el modelo de elementos piezo finita de tubo de cerámica es una unidad no lineal, lo que trae dificultades a la solución de análisis dinámico transitorio. Por lo tanto, el método de la integral en el tiempo se utiliza para resolver las ecuaciones diferenciales dinámicos en puntos de tiempo discretos. El incremento de tiempo se denomina la etapa de tiempo de integración (ITS), y el tamaño de la etapa afecta directamente a la precisión de la solución de análisis de transitorios. El tamaño del paso es un parámetro importante en el análisis. Cuanto menor sea el paso de tiempo, mayor será la precisión. paso sin embargo, demasiado pequeña la integración de un tiempo será un desperdicio de los recursos informáticos y puede incluso conducir a análisis numérico no se finaliza. Si el tamaño de paso es demasiado grande, se hará que el error de cálculo de la respuesta modal de orden superior del mecanismo de tubo de cerámica trimestre piezoeléctrico. Por lo tanto, de acuerdo con la situación real, la forma de onda de conducción utilizado en este experimento es el voltaje de la onda de diente de sierra, y esta tensión no aparece distorsión de la onda grave.

Al mismo tiempo, combinados con los resultados del análisis modal, en la selección del paso de tiempo de integración, la consideración principal es resolver la frecuencia de respuesta, el paso de tiempo debe ser lo suficientemente pequeño como para resolver la respuesta al movimiento de la estructura. De acuerdo con el teorema de muestreo, el paso de tiempo óptimo es TS≤1 / 20F (la fábrica es la frecuencia natural del tubo de cerámica de trimestre-piezoeléctrico, la frecuencia natural se obtiene de la especificación del parámetro del producto y TS≤1 / (10 × 2 242) se obtiene. El suyo se toma como 1,22 s, por lo que la etapa de tiempo de integración del análisis transitorio del trimestre de la cerámica piezoeléctrica se toma como 1 s. En resumen, al analizar vibradores piezoeléctricos, debido a una variedad de factores no lineales Como una gran deformación, material no linealidad y contacto, la matriz del sistema completa se usa para calcular la respuesta dinámica transitoria, es decir, sin ninguna forma de simplificación de la matriz. Esto minimizará los efectos de la no linealidad. El análisis y la solución de dinámica transitoria son Realizado en el mecanismo de tubo de cerámica piezoeléctrico del barrio. Los resultados del análisis son los siguientes. Cuando el voltaje de sierra de sierra aplicado al trimestre de la cerámica piezoeléctrica es de 100 Hz y la amplitud es 150. V, la curva del desplazamiento en la dirección Y del tubo piezocerámico que se muestra en función del tiempo. Cuando se aplica una señal de paso con una amplitud de voltaje de 270 V, el extremo superior del tubo piezocerámico se desplaza en la dirección Y.

El cuartoTubo piezoeléctrico de material PZTGenerará diferentes tensiones de amplitud bajo la acción del voltaje de sierra de sierra. El estrés se analiza, y el resultado puede dar una cierta orientación a la instalación del tubo cerámico piezoeléctrico, y puede predecir la posición donde ocurre la fatiga. Muestra el estrés global del cuerpo del vibrador durante el análisis transitorio y muestra el estrés local máximo local. . Cuanto más oscuro sea el color, mayor será el estrés. Se puede ver que la parte superior del tubo de cerámica es su zona de concentración de estrés, donde es más probable que ocurran la fatiga y la fractura, lo que proporcionará una guía teórica para la instalación y la aplicación de cargas.