發(fā)布時(shí)間：2017-09-16 21:42

  本文關(guān)鍵詞：小型低頻大功率發(fā)射換能器設(shè)計(jì)與實(shí)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(jiǎn)稱(chēng)發(fā)射換能器)是一種彎張換能器,其特點(diǎn)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(diǎn)。有限元法被廣泛地應(yīng)用于結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和優(yōu)化方面,同時(shí)計(jì)算機(jī)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(jì)算方法。本次設(shè)計(jì)選用了有限元方法,突破了以往用等效電路法設(shè)計(jì)換能器的諸多限制。運(yùn)用ANSYS有限元軟件可以簡(jiǎn)捷,方便的對(duì)發(fā)射換能器進(jìn)行有限元分析設(shè)計(jì)。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(duì)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(duì)其諧振頻率的影響。研究分析表明,可以通過(guò)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(duì)其諧振頻率的影響,設(shè)計(jì)了??4L39的正交試驗(yàn)。同時(shí)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(yàn)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(jì)。利用ANSYS軟件的聲學(xué)分析功能對(duì)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(jì)。通過(guò)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(jí)曲線。同時(shí),研究了發(fā)射換能器的裝配工藝,闡述了樣機(jī)制作過(guò)程及對(duì)其聲學(xué)性能的測(cè)試過(guò)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(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行了比對(duì),兩者間存在一定的差異,這主要是由法蘭盤(pán)與螺栓的重量及O型密封圈降低了振動(dòng)傳遞的效率帶來(lái)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(jì)的發(fā)射換能器仿真數(shù)據(jù)為:水中諧振頻率點(diǎn)590Hz處的發(fā)送電壓響應(yīng)級(jí)為130dB,-3dB帶寬為120Hz,其聲源級(jí)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(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為:諧振頻率為460Hz,發(fā)送電壓響應(yīng)級(jí)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(lì)法和匹配層法兩種拓寬發(fā)射換能器的有限元模型,并對(duì)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(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：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(guó)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(lèi)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(dòng)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(dòng)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(lèi)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(jì)換能器簡(jiǎn)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(jì)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(duì)諧振頻率的影響28-30
• 2.7 正交試驗(yàn)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(jì)及樣機(jī)制作與測(cè)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(jī)制作與測(cè)試39-49
• 3.4.1 樣機(jī)制作39-43
• 3.4.2 發(fā)射換能器樣機(jī)測(cè)量43-49
• 3.5 發(fā)射換能器樣機(jī)測(cè)量值與ANSYS仿真數(shù)據(jù)的對(duì)比49-51
• 3.5.1 空氣中測(cè)量值與ANSYS仿真數(shù)據(jù)的對(duì)比49-50
• 3.5.2 水中測(cè)量值與ANSYS仿真數(shù)據(jù)的對(duì)比50
• 3.5.3 測(cè)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(lì)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(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 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(jì)[J];聲學(xué)技術(shù);2005年04期

，

本文編號(hào)：865593