區(qū)別于已有的換能器等效電路分析方法,基于機械系統(tǒng)振動理論,結合本構方程,分析了換能器的徑向振動特性。將壓電陶瓷復合超聲換能器簡化為由壓電陶瓷圓管與金屬預應力管組成的組合厚壁筒力學模型,建立了由壓電陶瓷圓管與金屬預應力管徑向耦合振動波動方程、組合厚壁筒徑向振動連續(xù)性條件與邊界條件組成的換能器徑向振動數學模型。建立了換能器徑向振動固有頻率方程及振型函數,固有頻率計算結果與參考文獻實驗測量值具有較高的符合率。分別基于解析法與差分法求建立了換能器徑向振動的數值仿真模型,給出了換能器徑向振動的幅頻特性與位移響應。仿真結果表明:兩種方法所得幅頻特性曲線相同、位移響應相同,驗證了仿真結果的正確性。通過仿真分析,給出了換能器結構尺寸對其徑向振動固有頻率的影響規(guī)律:當金屬預應力管與壓電陶瓷圓管壁厚一定時,換能器徑向振動固有頻率隨壓電陶瓷圓管內徑的增大而減小;當金屬預應力管外徑與壓電陶瓷圓管內徑一定時,換能器徑向振動固有頻率隨壓電陶瓷圓管與金屬預應力管壁厚比值的增大而減小。 

【文章來源】：振動與沖擊. 2020,39(21)北大核心EICSCD

【文章頁數】：10 頁

【部分圖文】：

換能器示意圖

換能器力學模型

圖3所示為金屬預應力管的力學模型。其中,rb、rc、l1為金屬預應力管的內徑、外徑、高度。F r b 2 為壓電陶瓷圓管所施加給金屬預應力管的徑向力。在極坐標下,其徑向振動的波動方程[14]為ρ 1 ? 2 v ?t 2 = ?σ r ?r + σ r -σ θ r ?????? ??? (1)


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