换能器的优化设计与实验.pptVIP

超声波换能器优化设计与实验 学生：孙骏 指导教师：童凯 一、绪论 超声换能器是在超声频率范围内将交变电信号转换成声信号或者将外界声场中的声信号转换成电信号的能量转换器件。 在功率超声应用中使用最为广泛的大功率换能器为压电超声换能器，尤其是夹心式压电超声换能器。 一、绪论 本文主要开展了如下研究内容: (1) 对大尺寸压电超声换能器的组件进行振动特性分析，得到考虑纵径耦合时的频率方程表达式。 (2)采用有限元软件ANSYS对设计的一组大尺寸压电夹心换能器进行模态分析及谐响应分析，提取了表达换能器性能的频响曲线。 （3）基于大尺寸换能器较为强烈的径向振动模态，探究新型的多频或复频换能器。 二、大尺寸弹性超声振动体的振动特性 利用表观弹性法的理论研究，根据文献资料可推导得到圆柱体耦合振动的耦合系数方程及频率方程 ： 二、大尺寸弹性超声振动体的振动特性 为验证(2-1)、(2-2)两式对一维设计理论的修正作用，探究耦合振动对一维理论的影响，对一组长度直径比l/a不同的短圆柱体进行了理论计算和有限元仿真研究。 二、大尺寸弹性超声振动体的振动特性 表2-1利用三种计算方法得到的短圆柱共振频率 二、大尺寸弹性超声振动体的振动特性 二、大尺寸弹性超声振动体的振动特性 二、大尺寸弹性超声振动体的振动特性 二、大尺寸弹性超声振动体的振动特性 二、大尺寸弹性超声振动体的振动特性 二、大尺寸弹性超声振动体的振动特性 二、大尺寸弹性超声振动体的振动特性 二、大尺寸弹性超声振动体的振动特性 二、大尺寸弹性超声振动体的振动特性 三、大尺寸夹心压电超声换能器振动特性 三、大尺寸夹心压电超声换能器振动特性 三、大尺寸夹心压电超声换能器振动特性 三、大尺寸夹心压电超声换能器振动特性 三、大尺寸夹心压电超声换能器振动特性 大尺寸夹心压电超声换能器的有限元设计 * 工业自动化仪表2班 2013年6月 目录 1 2 3 4 绪论 大尺寸弹性超声振动体的振动特性 大尺寸夹心压电超声换能器振动特性 大尺寸夹心压电超声换能器的有限元设计 夹心式压电超声换能器概述 图1-1 夹心式压电陶瓷换能 器结构示意图 a.前盖板 b.预应力螺栓 c.压电陶瓷片 d.后盖板 一、绪论 随着换能器应用范围的逐渐扩大，就出现了在下述两种情况下一维理论无法解决的问题： 第一是高频情况。 第二是大功率问题 本文的选题背景及研究意义 本文研究内容 短圆柱体的耦合振动 图2-1 圆柱体弹性振动示意图 （2-1） （2-2） 短圆柱体的耦合振动 图2-2 圆柱体建模示意图 图2-3 圆柱体径向振动示意图 短圆柱体的耦合振动 编号 l/mm a/mm l/a f0z/Hz f0r/Hz f1z/Hz f1r/Hz fz/Hz fr/Hz 1 24 120 0.2 53646 15060 67515 114846 64710 14652 2 33.6 84 0.4 38318 21514 50640 20196 46492 20114 3 50 71.5 0.7 25750 25275 39986 20223 42720 20245 4 57.3 57.3 1 22469 31539 20161 43607 20122 43558 5 45.5 35 1.3 28297 51634 26652 68013 26760 64234 6 27.7 15 1.85 46413 120480 45139 153729 44706 165093 7 60 30 2 21458 60240 20959 76518 20708 79066 短圆柱体的耦合振动 表2-2 一维理论与耦合理论的误差值比较 3.2 1.2 23.8 3.6 7 6.9 0.9 27 3.8 6 6.8 0.4 19.6 5.7 5 0.1 0.2 27.6 11.7 4 0.1 6.3 24.8 39.7 3 0.4 8.9 6.9 17.5 2 1.3 4.3 2.7 17.1 1 |(f1r- fr)/ fr|% |(f1z- fz)/ fz |% |( f0r-fr)/ fr|% |(f0z- fz)/ fz |% 编号 短圆柱体的耦合振动 大尺寸指数超声变幅杆的精确设计 图2-6 轴对称单元体示意图 基于附加能量法的相关理论，并通过查阅文献和相关公式的推导，可以得到考虑横向振动耦合作用后指数变幅杆纵振动共振频率的修正公式: (2-3) 大尺寸指数超声变幅杆的精确设计 为验证本文理论的精确度，作者设计了一组较大尺寸的指数变幅杆。 图2-7 指数变幅杆建模图形 图2-