本文關(guān)鍵詞：基于超磁致伸縮材料的水聲換能器研究

  更多相關(guān)文章： 超磁致伸縮 換能器 低頻 寬帶 有限元 諧振頻率

【摘要】：隨著國家軍事和海洋戰(zhàn)略的發(fā)展，水聲通信技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新的時(shí)代。水聲換能器作為電聲轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的重要組成部分，它的性能直接決定了水聲通信系統(tǒng)的優(yōu)劣。超磁致伸縮材料（Giant Magnetostrictive Material，GMM）是一種新型的智能材料，它具有應(yīng)變量大、能量密度大、機(jī)電耦合系數(shù)高、能量轉(zhuǎn)換效率高和響應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)，是制造低頻、寬帶、大功率水聲換能器的理想材料。本文從換能器的性能要求出發(fā)，設(shè)計(jì)了基于超磁致伸縮材料的雙激勵(lì)復(fù)合棒換能器，并對其結(jié)構(gòu)優(yōu)化進(jìn)行了研究。本文的具體研究內(nèi)容包括以下幾點(diǎn)： （1）闡述了超磁致伸縮水聲換能器的研究背景及意義，詳細(xì)介紹了水聲換能器的性能指標(biāo)和寬帶要求，分析影響換能器性能的因素以及實(shí)現(xiàn)換能器低頻和寬帶特性的方法；從換能器結(jié)構(gòu)和材料兩個(gè)方面概述了國內(nèi)外的研究現(xiàn)狀，總結(jié)了水聲換能器的發(fā)展趨勢。 （2）介紹了有限元法分析超磁致伸縮換能器的數(shù)理基礎(chǔ)，對采用壓電-壓磁比擬法解決超磁致伸縮換能器機(jī)電耦合問題的原理進(jìn)行了詳細(xì)的推演，簡要介紹利用ANSYS軟件進(jìn)行換能器有限元分析的一般過程。 （3）詳細(xì)介紹低頻、寬帶換能器的設(shè)計(jì)思路與方法；分析不同尺寸圓筒型超磁致伸縮棒的性能，確定超磁致伸縮棒的具體尺寸參數(shù)；設(shè)計(jì)不同結(jié)構(gòu)形式的前輻射頭，對各自換能器進(jìn)行模態(tài)分析，得到換能器前兩階模態(tài)頻率的對比折線圖，并對折線圖進(jìn)行了闡述，確定換能器前輻射頭的結(jié)構(gòu)，并通過仿真，對比不同尺寸參數(shù)的前輻射頭對換能器性能的影響，對前輻射頭進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)；基于系統(tǒng)的集中參數(shù)模型，設(shè)計(jì)了換能器碟盤式的中間質(zhì)量塊，并針對不同材料的中間質(zhì)量塊進(jìn)行仿真分析；對換能器的預(yù)緊裝置和偏置磁場設(shè)計(jì)進(jìn)行了簡要的對比分析，，最終確立了雙激勵(lì)超磁致伸縮復(fù)合棒換能器的整體結(jié)構(gòu)。 （4）建立雙激勵(lì)超磁致伸縮復(fù)合棒換能器在空氣中和水中的有限元模型，對其進(jìn)行諧響應(yīng)分析，得到換能器在空氣中和水中的阻抗曲線和發(fā)射電流響應(yīng)曲線，以及換能器的水中的輻射聲場特性和指向性曲線；仿真結(jié)果表明換能器在工作時(shí)具有低頻和寬帶的特性，并且具有良好的指向性。
【關(guān)鍵詞】：超磁致伸縮 換能器 低頻 寬帶 有限元 諧振頻率
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(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
• ABSTRACT6-8
• 目錄8-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 研究背景10
• 1.2 水聲換能器概述10-12
• 1.2.1 水聲換能器的技術(shù)指標(biāo)10-12
• 1.2.2 水聲換能器的寬帶要求12
• 1.3 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀12-19
• 1.3.1 水聲換能器材料13-15
• 1.3.2 水聲換能器結(jié)構(gòu)15-19
• 1.4 本課題研究內(nèi)容及意義19-20
• 第二章 超磁致伸縮換能器有限元分析理論基礎(chǔ)20-31
• 2.1 ANSYS 軟件簡介20-22
• 2.1.1 ANSYS 軟件的功能介紹21-22
• 2.1.2 ANSYS 軟件的特點(diǎn)22
• 2.2 有限元法分析機(jī)電耦合問題的數(shù)理基礎(chǔ)22-24
• 2.3 ANSYS 用于換能器分析理論24
• 2.4 利用壓電-壓磁比擬法解決超磁致伸縮機(jī)電耦合問題24-27
• 2.5 ANSYS 分析超磁致伸縮換能器的基本過程27-30
• 2.5.1 換能器模型的簡化27
• 2.5.2 前處理27-29
• 2.5.3 施加載荷和求解29
• 2.5.4 后處理29-30
• 2.6 本章小結(jié)30-31
• 第三章 超磁致伸縮換能器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及其優(yōu)化31-49
• 3.1 換能器的結(jié)構(gòu)形式及其換能機(jī)理31-32
• 3.2 超磁致伸縮棒的設(shè)計(jì)及優(yōu)化32-38
• 3.2.1 超磁致伸縮棒的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)32-33
• 3.2.2 超磁致伸縮棒的優(yōu)化設(shè)計(jì)33-36
• 3.2.3 超磁致伸縮棒前四階縱向振動(dòng)模態(tài)振型36-38
• 3.3 前輻射頭的設(shè)計(jì)及其優(yōu)化38-42
• 3.3.1 不同形狀前輻射頭對換能器基頻的影響38-40
• 3.3.2 前輻射頭尺寸參數(shù)對換能器頻率特性的影響40-42
• 3.4 中間質(zhì)量塊的設(shè)計(jì)及其優(yōu)化42-46
• 3.4.1 中間質(zhì)量塊的結(jié)構(gòu)形式43-45
• 3.4.2 不同材料中間質(zhì)量塊對換能器基頻的影響45-46
• 3.5 偏置磁場的設(shè)計(jì)46-47
• 3.6 預(yù)緊力和碟簧的設(shè)計(jì)47-48
• 3.7 本章小結(jié)48-49
• 第四章 雙激勵(lì)超磁致伸縮復(fù)合棒換能器聲學(xué)特性研究49-60
• 4.1 雙激勵(lì)超磁致伸縮復(fù)合棒換能器的尺寸設(shè)計(jì)49-50
• 4.2 雙激勵(lì)超磁致伸縮復(fù)合棒換能器在空氣中的有限元仿真50-54
• 4.2.1 換能器在空氣中的模態(tài)分析50-52
• 4.2.2 換能器在空氣中的諧響應(yīng)分析52-54
• 4.3 雙激勵(lì)超磁致伸縮復(fù)合棒換能器在水中的聲學(xué)特性研究54-59
• 4.3.1 換能器在水中的有限元分析過程54-57
• 4.3.2 換能器在水中的發(fā)射電流響應(yīng)57-58
• 4.3.3 換能器在水中的阻抗特性58-59
• 4.3.4 換能器在水中的輻射聲場特性59
• 4.4 本章小結(jié)59-60
• 第五章 總結(jié)與展望60-63
• 5.1 工作總結(jié)60-61
• 5.2 研究展望61-63
• 致謝63-64
• 參考文獻(xiàn)64-68
• 附錄68

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 蔡曉紅;王德石;朱四華;朱擁勇;;基于納米技術(shù)的水聲裝備研究展望[J];船舶工程;2008年03期

2 孟愛華;項(xiàng)占琴;呂福在;;GMM換能器的設(shè)計(jì)優(yōu)化[J];傳感技術(shù)學(xué)報(bào);2005年04期

3 陳文藝;孟愛華;劉成龍;;微型振動(dòng)能量收集器的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[J];微納電子技術(shù);2013年11期

4 黃文美,王博文,閆榮格,曹淑瑛;超磁致伸縮換能器有限元?jiǎng)討B(tài)模型的研究[J];河北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào);2004年05期

5 莫喜平;戴郁郁;劉永平;柴勇;劉慧生;;圓盤型彎張換能器研究[J];哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào);2010年07期

6 解寶興;郝?lián)碥?程玲;;水下遠(yuǎn)程探測的研究和發(fā)展方向[J];艦船科學(xué)技術(shù);2008年03期

7 張海英;;水聲換能器在海底通信中的研究[J];科技信息;2011年18期

8 夏鐵堅(jiān);范進(jìn)良;沈鐵東;劉強(qiáng);曹海林;;寬帶組合換能器應(yīng)用于高分辨率的地層剖面儀[J];聲學(xué)與電子工程;2006年02期

9 莫喜平;;ANSYS軟件在模擬分析聲學(xué)換能器中的應(yīng)用[J];聲學(xué)技術(shù);2007年06期

10 李曉兵;趙祥永;羅豪u&;林迪;徐海清;王升;任博;狄文寧;張耀耀;劉林華;;弛豫鐵電單晶的生長、性能及應(yīng)用研究[J];人工晶體學(xué)報(bào);2012年S1期

本文編號：909420