基于超磁致伸縮材料的水聲換能器研究.pdf

1、隨著國家軍事和海洋戰(zhàn)略的發(fā)展，水聲通信技術(shù)進入了一個新的時代。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，它具有應變量大、能量密度大、機電耦合系數(shù)高、能量轉(zhuǎn)換效率高和響應速度快等優(yōu)點，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)，設計了基于超磁致伸縮材料的雙激勵復合

2、棒換能器，并對其結(jié)構(gòu)優(yōu)化進行了研究。本文的具體研究內(nèi)容包括以下幾點：
　　（1）闡述了超磁致伸縮水聲換能器的研究背景及意義，詳細介紹了水聲換能器的性能指標和寬帶要求，分析影響換能器性能的因素以及實現(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。
　?。?）介紹了有限元法分析超磁致伸縮換能器的數(shù)理基礎，對采用壓電-壓磁比擬法解決超磁致伸縮換能器機電耦合問題的原理進行了

3、詳細的推演，簡要介紹利用ANSYS軟件進行換能器有限元分析的一般過程。
　?。?）詳細介紹低頻、寬帶換能器的設計思路與方法；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)；設計不同結(jié)構(gòu)形式的前輻射頭，對各自換能器進行模態(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，對前輻射頭進行優(yōu)化設計；基于系統(tǒng)的集中參數(shù)

4、模型，設計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)量塊進行仿真分析；對換能器的預緊裝置和偏置磁場設計進行了簡要的對比分析，最終確立了雙激勵超磁致伸縮復合棒換能器的整體結(jié)構(gòu)。
　?。?）建立雙激勵超磁致伸縮復合棒換能器在空氣中和水中的有限元模型，對其進行諧響應分析，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具有低頻和寬帶的特性，并且具有良好的