彎曲振動壓電超聲換能器機電耦合模型的研究.pdf

1、壓電超聲換能器是上世紀發(fā)展起來的一種新型裝置,能夠實現(xiàn)能量轉換和運動傳遞。壓電超聲換能器憑借獨有的特點引起了世界范圍的研究熱潮,被廣泛應用于現(xiàn)代工業(yè)生產、航空航天以及人們的日常生活中。但在實際應用中卻受到諸多約束,尤其是壓電超聲換能器有效機電耦合系數(shù)較低,也就是說,壓電超聲換能器有較大一部分能量以電能的形式存儲在壓電陶瓷之中,引起換能器的能量使用率比較低,極大地制約了壓電超聲換能器的發(fā)展與應用。目前國內外還沒有對壓電超聲換能器有效機電耦

2、合系數(shù)展開詳細地研究,無法有效地提高換能器的能量利用率以及解決換能器優(yōu)化設計的問題。因此,本文針對指數(shù)型變截面夾心式彎曲振動壓電超聲換能器有效機電耦合系數(shù)進行研究,對壓電超聲換能器進行結構優(yōu)化設計,從本質上提高壓電超聲換能器的能量利用率。
　　首先,本文基于振動學和壓電學等課程知識,將壓電超聲換能器等效為兩端自由的指數(shù)型變截面壓電金屬復合梁,根據(jù)Timoshenko梁理論對壓電超聲換能器彎曲振動模型進行求解,推導出換能器固有頻率和

3、振型函數(shù)。通過對壓電超聲換能器結構進行有限元模態(tài)分析,驗證彎曲振動模型。其次,在求解得到指數(shù)型變截面壓電超聲換能器彎曲振動模型的基礎上,根據(jù)壓電方程與能量法原理建立換能器機電等效圖,得到壓電超聲換能器機電耦合模型,求解換能器的有效機電耦合系數(shù)。通過有限元諧響應分析對換能器機電耦合模型進行驗證?；谝陨涎芯砍晒?研究在壓電超聲換能器總體尺寸以及壓電陶瓷尺寸保持不變的條件下,壓電陶瓷位置改變對壓電超聲換能器有效機電耦合系數(shù)的影響。本文利用二