Investigación sobre la vibración radial del cilindro hueco piezoeléctrico con polarización radial.

Combinado con la cepa plana piezoeléctrica y la teoría de la piezoelasticidad tridimensional, se han estudiado las características de vibración de un cilindro hueco grueso cerámico piezoeléctrico con polarización radial, y se obtienen soluciones de tipo cerrado para el desplazamiento radial mecánico y el potencial eléctrico. El desplazamiento eléctrico y la intensidad del campo eléctrico se derivan de forma la ecuación de carga de electrostáticos, lo que resuelve los problemas de la relación no lineal entre la fuerza de voltaje y el campo eléctrico. Sobre la base del software de arce, la admisión equivalente del cilindro hueco grueso se estudia por primera vez, y también se obtienen las correspondientes ecuaciones de frecuencias de resonancia y anti-resonancia. Por medio de un método numérico, se calculan las frecuencias de resonancia y anti-resonancia de osciladores tubulares de diferentes tamaños. La precisión y la precisión de esta teoría se verifican por análisis de elementos finitos. Todos estos proporcionan la base de la investigación teórica y el diseño de los osciladores gruesos cerámicos piezoeléctricos.

El tubo redondo de cerámica piezoeléctrico es un uso común para el transductor acústico. Tiene una estructura simple, un rendimiento estable, un diseño conveniente, una directividad uniforme a lo largo de la dirección radial y la alta sensibilidad. Por lo tanto, se usa principalmente en los campos de acústica submarina, geología y exploración de petróleo. Las características de vibración del vibrador afectan directamente el rendimiento dinámico del transductor. El estudio de su modo de vibración es la base para diseñar dicho transductor. Por lo tanto, este trabajo tiene importancia teórica y práctica importante. El vibrador tubular circular se divide en tres tipos: polarización axial, tangencial y radial. Los electrodos de vibradores polarizados axiales y tangencialmente son diferentes de los electrodos polarizados, y la polarización y el voltaje tienen la proporción del vibrador polarizado axialmente. La polarización es mucho mayor, y casi no hay ninguna aplicación en ingeniería, el electrodo polarizado y el electrodo de excitación. Se puede combinar en uno, y la polarización y voltaje de excitación también son bajas, lo que es más en el proceso de fabricación. Hay ventajas y aplicaciones prácticas. Con respecto al modo de vibración radial del vibrador tubular radialmente polarizado, los estudios previos han adoptado principalmente la teoría de la película delgada o la cáscara delgada, la teoría delgada de la película ignora el estrés de corte y la tensión radial en la ecuación de movimiento, y la teoría de la cáscara delgada conserva la cizalla , el estrés, y la teoría anterior solo se aplica a vibradores de tamaño especial, como las paredes delgadas, y la situación ideal donde las dimensiones longitudinales y radiales son muchas órdenes de magnitud más grandes que el grosor, lo que causa inconvenientes a la aplicación. Los estudios anteriores también han estudiado el modo de vibración radial de vibradores de pared gruesa.

Sin embargo, se utilizan diferentes aproximaciones. Por ejemplo, las cerámicas piezoeléctricas se consideran materiales isotrópicos, y se toman la serie de aproximaciones truncadas durante la operación. Las ecuaciones de cerámica piezoeléctrica y movimiento de los vibradores delgados de parejos acústicos con parejos acústicos radializados se derivan de la polarización radial. Comenzando con la ecuación de carga electrostática del vibrador, se estudia la vibración radial y se obtiene la expresión de admisión eléctrica. Se derivan las ecuaciones de frecuencia de resonancia y anti-resonancia del vibrador. El análisis modal es realizado por el elemento ANSYS FINITE. Los resultados muestran que los resultados teóricos de cálculo son limitados. Los resultados de la meta-simulación están en el buen acuerdo.

La figura muestra un tubo delgado de paredes gruesas de cerámica piezoeléctrica. Para la conveniencia de la investigación, este documento adopta el sistema de coordenadas cilíndricas y toma el orden de θ -1, Z-2, R-3, 2L es la longitud del vibrador, y es el radio interno del vibrador. B es el radio exterior del vibrador, y el tubo alargado es infinitamente largo en la dirección Z, por lo que el vibrador piezoeléctrico hace una vibración axisimétrica.

En la figura, la dirección de polarización y la dirección de excitación del vibrador son tanto en la dirección radial, es decir, la dirección R, y la cerámica piezoeléctrica se somete al tratamiento con polarización radial, que es un material isotrópico (isotrópico en el θ Dirección Z) Perpendicular a la dirección de polarización, proceso piezoeléctrico de tipo E de vibración axisimétrica del tubo delgado bajo coordenadas cilíndricas

Dado que la vibración del tubo delgado es simétrica sobre el eje z, los componentes de desplazamiento y campo eléctrico están satisfechos: el tubo delgado es muy largo, por lo que el estudio de los delgadospila de tubos piezoPertenece al problema de la tensión del avión, y los componentes de desplazamiento y campo eléctrico existen solo en el plano de ORON.

Características mecánicas de vibración.

Tubo piezoeléctrico cilíndricoSon en su mayoría excitaciones armónicas en uso. El campo eléctrico y las distribuciones de desplazamiento de estado estable están sujetas a los armónicos. Los cálculos teóricos y los valores de simulación numérica del elemento finito de la resonancia de vibración radial o la frecuencia anti-resonancia del vibrador del tubo delgado son los valores calculados teóricos del coeficiente de acoplamiento electromecánico efectivo están en el buen acuerdo con los valores de simulación numérica del elemento finito, que explica La racionalidad del método de derivación teórico anterior para la vibración radial del tubo delgado. La tabla muestra la variación de la frecuencia de resonancia del vibrador con el grosor. Puede verse a partir de los datos en la tabla que la frecuencia de resonancia o anti-resonancia del vibrador con la misma longitud y el mismo diámetro interno se vuelve más pequeño con el aumento del grosor, y los vibradores 2 y 3 pueden verse claramente. Es un vibrador de pared gruesa. A partir de la comparación de los resultados del cálculo en la tabla, la teoría es aplicable a vibradores de pared gruesa con pequeños errores. La tabla muestra la variación de la resonancia anti-resonancia de vibradores con diferentes longitudes. Se puede ver desde la comparación de los datos en la tabla que el modelo está satisfecho. Bajo la premisa, los resonadores con los mismos diámetros internos y externos tienen diferentes frecuencias de resonancia o anti-resonancia.

En conclusión