夾心式縱彎振動(dòng)換能器特性研究及有限元仿真.pdf

1、關(guān)于超聲換能器多模態(tài)耦合振動(dòng)的研究，一直是聲學(xué)領(lǐng)域里的熱門話題。因?yàn)轳詈险駝?dòng)既是換能器設(shè)計(jì)中影響其輸出性能的負(fù)面因素，又是實(shí)現(xiàn)一些特殊要求換能器的方法之一?，F(xiàn)階段，對(duì)于單體的多種振動(dòng)模態(tài)的相互耦合，很多學(xué)者做了大量的研究，如圓棒的縱徑耦合，縱彎耦合，大尺寸振動(dòng)體的多維耦合等等。本文的目的是對(duì)多體的兩種振動(dòng)模態(tài)的耦合進(jìn)行研究，分析其耦合后的振動(dòng)特性。 本文主要是利用縱振換能器前端加載一薄圓盤，通過(guò)縱振激勵(lì)圓盤的彎振，來(lái)實(shí)現(xiàn)縱彎振動(dòng)

2、換能器的設(shè)計(jì)。 (1)首先利用薄板彎曲振動(dòng)理論，對(duì)圓盤彎曲振動(dòng)頻率方程進(jìn)行推導(dǎo)，計(jì)算了材料為鋁時(shí)的各階頻率根值Rn，再利用頻率方程計(jì)算給定尺寸圓盤彎曲振動(dòng)的各階頻率。發(fā)現(xiàn)各階頻率間距很大，尤其是高階間距達(dá)到上百千赫茲。接著推導(dǎo)出其等效質(zhì)量，和單階共振時(shí)的等效彈性常數(shù)，畫出等效電路圖。 (2)然后再對(duì)縱振換能器加以分析，利用等效電路法設(shè)計(jì)出與圓盤彎振基頻相同的縱振換能器，并利用頻率方程計(jì)算其高階振動(dòng)頻率。發(fā)現(xiàn)各階振動(dòng)頻率間

3、距很大。 (3)利用夾心式換能器的設(shè)計(jì)理論，將縱振換能器與薄圓盤作為整體進(jìn)行分析，做出復(fù)合換能器的等效電路圖，推導(dǎo)圓盤彎振的等效彈性常數(shù)的通式，進(jìn)而得到復(fù)合換能器的共振頻率方程。按照前面給定的換能器尺寸，利用計(jì)算機(jī)計(jì)算出了其各階共振頻率。并與前面的單獨(dú)振動(dòng)體的頻率間距作以比較，發(fā)現(xiàn)通過(guò)兩種振動(dòng)模態(tài)的耦合，大大拉近了各階振動(dòng)頻率峰值的間距。利用ANSYS模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。 (4)簡(jiǎn)單介紹了利用ANSYS模擬設(shè)計(jì)換能器的方