區(qū)別于已有的換能器等效電路分析方法,基于機(jī)械系統(tǒng)振動(dòng)理論,結(jié)合本構(gòu)方程,分析了換能器的徑向振動(dòng)特性。將壓電陶瓷復(fù)合超聲換能器簡(jiǎn)化為由壓電陶瓷圓管與金屬預(yù)應(yīng)力管組成的組合厚壁筒力學(xué)模型,建立了由壓電陶瓷圓管與金屬預(yù)應(yīng)力管徑向耦合振動(dòng)波動(dòng)方程、組合厚壁筒徑向振動(dòng)連續(xù)性條件與邊界條件組成的換能器徑向振動(dòng)數(shù)學(xué)模型。建立了換能器徑向振動(dòng)固有頻率方程及振型函數(shù),固有頻率計(jì)算結(jié)果與參考文獻(xiàn)實(shí)驗(yàn)測(cè)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(dòng)的數(shù)值仿真模型,給出了換能器徑向振動(dòng)的幅頻特性與位移響應(yīng)。仿真結(jié)果表明:兩種方法所得幅頻特性曲線相同、位移響應(yīng)相同,驗(yàn)證了仿真結(jié)果的正確性。通過(guò)仿真分析,給出了換能器結(jié)構(gòu)尺寸對(duì)其徑向振動(dòng)固有頻率的影響規(guī)律:當(dāng)金屬預(yù)應(yīng)力管與壓電陶瓷圓管壁厚一定時(shí),換能器徑向振動(dòng)固有頻率隨壓電陶瓷圓管內(nèi)徑的增大而減小;當(dāng)金屬預(yù)應(yīng)力管外徑與壓電陶瓷圓管內(nèi)徑一定時(shí),換能器徑向振動(dòng)固有頻率隨壓電陶瓷圓管與金屬預(yù)應(yīng)力管壁厚比值的增大而減小。 

【文章來(lái)源】：振動(dòng)與沖擊. 2020,39(21)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：10 頁(yè)

【部分圖文】：

換能器示意圖

換能器力學(xué)模型

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


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