本文關(guān)鍵詞：小型低頻大功率發(fā)射換能器設(shè)計與實現(xiàn)

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【摘要】：小型低頻大功率水聲發(fā)射換能器(以下簡稱發(fā)射換能器)是一種彎張換能器,其特點是:結(jié)合縱振發(fā)射換能器功率容量大和Ⅴ型彎張換能器結(jié)構(gòu)緊湊,及新型彎張換能器cymbal小尺寸、低頻的優(yōu)點。有限元法被廣泛地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化方面,同時計算機技術(shù)的飛速發(fā)展使有限元法已經(jīng)成為行之有效的數(shù)值計算方法。本次設(shè)計選用了有限元方法,突破了以往用等效電路法設(shè)計換能器的諸多限制。運用ANSYS有限元軟件可以簡捷,方便的對發(fā)射換能器進(jìn)行有限元分析設(shè)計。利用ANSYS軟件建立了發(fā)射換能器1/8有限元三維模型,并對有限元模型進(jìn)行了空氣中的模態(tài)分析,研究了換能器尺寸對其諧振頻率的影響。研究分析表明,可以通過分析模態(tài)改進(jìn)模型,使換能器的諧振頻率降低并改善其它性能。為進(jìn)一步了解換能器尺寸參數(shù)對其諧振頻率的影響,設(shè)計了??4L39的正交試驗。同時考慮發(fā)射換能器小型化可接受的范圍及耐靜水壓力能力,根據(jù)正交試驗數(shù)據(jù)分析,選取了其中一種較優(yōu)的尺寸參數(shù)進(jìn)行后續(xù)設(shè)計。利用ANSYS軟件的聲學(xué)分析功能對發(fā)射換能器1/8有限元三維模型進(jìn)行空氣中和水中的諧響應(yīng)分析設(shè)計。通過ANSYS軟件后處理模塊提取諧響應(yīng)分析的工況數(shù)據(jù),得到換能器在空氣中和水中的電導(dǎo)納曲線,發(fā)送電壓響應(yīng)級曲線。同時,研究了發(fā)射換能器的裝配工藝,闡述了樣機制作過程及對其聲學(xué)性能的測試過程,獲取了詳細(xì)的聲學(xué)數(shù)據(jù)。并將仿真數(shù)據(jù)與實測數(shù)據(jù)進(jìn)行了比對,兩者間存在一定的差異,這主要是由法蘭盤與螺栓的重量及O型密封圈降低了振動傳遞的效率帶來的。分析結(jié)果表明發(fā)射換能器的輻射性能較好。本次設(shè)計的發(fā)射換能器仿真數(shù)據(jù)為:水中諧振頻率點590Hz處的發(fā)送電壓響應(yīng)級為130dB,-3dB帶寬為120Hz,其聲源級最大值不小于186dB,發(fā)射換能器輻射的聲功率約為100W,已屬于低頻大功率范疇。發(fā)射換能器樣機實測數(shù)據(jù)為:諧振頻率為460Hz,發(fā)送電壓響應(yīng)級為118.8dB,-3dB帶寬為140Hz。研究了寬帶發(fā)射換能器的意義,探討了換能器拓寬頻帶的幾種常用方法。利用ANSYS軟件建立了雙激勵法和匹配層法兩種拓寬發(fā)射換能器的有限元模型,并對有限元模型進(jìn)行了空氣中和流體中的求解。
【關(guān)鍵詞】：發(fā)射換能器 有限元分析 諧振頻率
【學(xué)位授予單位】：電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB565.1
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 研究工作的背景與意義10
• 1.2 彎張換能器的國內(nèi)外研究歷史與現(xiàn)狀10-15
• 1.2.1 彎張換能器的中早期發(fā)展10
• 1.2.2 彎張換能器的分類10-12
• 1.2.3 新型彎張換能器12-15
• 1.3 本文的主要貢獻(xiàn)與創(chuàng)新15
• 1.4 本論文的結(jié)構(gòu)安排15-17
• 第二章 脈動球低頻輻射效率及發(fā)射換能器尺寸參數(shù)分析17-33
• 2.1 脈動球低頻輻射效率分析17-19
• 2.2 彎張換能器的理論分析方法的類型19-21
• 2.2.1 等效電路法19-20
• 2.2.2 瑞利法20
• 2.2.3 有限差分法20
• 2.2.4 邊界元法20
• 2.2.5 有限元法20-21
• 2.3 ANSYS軟件設(shè)計換能器簡介21-24
• 2.3.1 模態(tài)分析22-23
• 2.3.2 諧響應(yīng)分析23
• 2.3.3 聲學(xué)分析23-24
• 2.4 發(fā)射換能器有限元三維模型24-26
• 2.4.1 發(fā)射換能器設(shè)計思路24
• 2.4.2 碟形外殼材料研究24
• 2.4.3 壓電陶瓷材料研究24-25
• 2.4.4 有限元三維模型的建立25-26
• 2.4.5 有限元模型材料參數(shù)的輸入26
• 2.5 空氣中的模態(tài)分析26-28
• 2.6 發(fā)射換能器尺寸變化對諧振頻率的影響28-30
• 2.7 正交試驗選取尺寸參數(shù)30-31
• 2.8 本章小結(jié)31-33
• 第三章 發(fā)射換能器聲學(xué)分析設(shè)計及樣機制作與測試33-52
• 3.1 模態(tài)分析33
• 3.2 空氣中的諧響應(yīng)分析33-34
• 3.3 流體建模與聲學(xué)分析34-39
• 3.3.1 流體建模34-36
• 3.3.2 流固耦合邊界條件的建立36
• 3.3.3 聲學(xué)分析36-39
• 3.4 樣機制作與測試39-49
• 3.4.1 樣機制作39-43
• 3.4.2 發(fā)射換能器樣機測量43-49
• 3.5 發(fā)射換能器樣機測量值與ANSYS仿真數(shù)據(jù)的對比49-51
• 3.5.1 空氣中測量值與ANSYS仿真數(shù)據(jù)的對比49-50
• 3.5.2 水中測量值與ANSYS仿真數(shù)據(jù)的對比50
• 3.5.3 測量值與ANSYS仿真數(shù)據(jù)差異性原因分析50-51
• 3.6 本章小結(jié)51-52
• 第四章 寬帶發(fā)射換能器聲學(xué)仿真研究52-64
• 4.1 研究寬帶發(fā)射換能器的意義52-53
• 4.2 換能器拓寬帶寬的方法53
• 4.3 發(fā)射換能器拓寬頻帶仿真研究53-63
• 4.3.1 雙激勵拓寬頻帶仿真研究53-57
• 4.3.2 匹配層法拓寬頻帶仿真研究57-63
• 4.4 本章小結(jié)63-64
• 第五章 全文總結(jié)與展望64-67
• 5.1 全文總結(jié)64-66
• 5.2 后續(xù)工作展望66-67
• 致謝67-68
• 參考文獻(xiàn)68-70
• 攻讀工程碩士學(xué)位期間取得的成果70-71

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 藍(lán)宇;王智元;王文芝;;彎張換能器的有限元設(shè)計[J];聲學(xué)技術(shù);2005年04期

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本文編號：865593