基于多物理场耦合的夹心式压电换能器优化设计

格式：pdf
大小：1.85 MB
文档页数：9

下载文档原格式

借助ANSYS优化设计声学换能器(2008版)

12
3.2.2 属性－从几何模型到有限元模型
13
3.3 求解——解有限元方程
16
3.3.1 求பைடு நூலகம்选项
16
3.3.2 施加载荷
16
3.4 后处理——提取变量参数、获得问题答案
17
第四章换能器分析模拟实例
18
4.1 压电材料参数与坐标变换
18
4.2 压电换能器模拟分析实例——纵向换能器发射性能分析
20
4.3 几种常见类型压电换能器的分析建模实例
36
第五章纵向换能器结构优化与设计
45
5.1 纵向换能器压电堆优化的新探讨
45
5.2 双激励纵向换能器的结构弹性与小型低频宽带换能器的设计 51
5.3 换能器有载谐振频率及阻抗分析的流体模型简化处理方法 56
5.3.1 水声换能器简化流体模型分析实例
56
近些年不少超声领域的学者与本人探讨 ANSYS 软件应用的问题，所以笔者考虑水声换能器建模的讨论已经内容较多，有必要将超声换能器的分析内容及分析方法做些介绍，因此本讲义新增的第五章内容即是从纵向换能器优化的实例入手，结合超声换能器设计中所关注的技术问题，展开一系列计算与讨论。其中不乏有笔者初浅的处理思路和分析方法，与各位学者共勉，同时也希望得到您的批评指导及各方面的宝贵意见。
其中不乏有笔者初浅的处理思路和分析方法与各位学者共勉同时也希望得到您的批评指导及各方于北京借助ansys优化设计声学换能器第一章ansys有限元软件简介11ansys软件应用于声学及换能器领域解决的具体问题12ansys软件简介第二章ansys有限元软件设计换能器的基本理论21有限元法分析换能器机电耦合问题的数理基础22ansys有限元软件用于换能器分析的基本理论23ansys有限元软件用于换能器分析的一般步骤24利用ansys软件来解决磁致伸缩机电耦合问题第三章ansys有限元软件分析换能器的基本过程31模型简化准物理模型32建模有限元模型的生成321几何模型的构建322属性从几何模型到有限元模型33求解解有限元方程331求解选项332施加载荷34后处理提取变量参数获得问题答案第四章换能器分析模拟实例41压电材料参数与坐标变换42压电换能器模拟分析实例纵向换能器发射性能分析43几种常见类型压电换能器的分析建模实例第五章纵向换能器结构优化与设计51纵向换能器压电堆优化的新探讨52双激励纵向换能器的结构弹性与小型低频宽带换能器的设5153换能器有载谐振频率及阻抗分析的流体模型简化处理方法531水声换能器简化流体模型分析实例532超声清洗换能器简化流体负载模型分析实例参考文献11121213161616171818203645455656586311莫喜平

夹心式压电超声换能器的等效电路设计法

ＣＣ、２ｌｏＣ、分别为各自波声：）ｌ的数和速，ＯＣ，／
ｌ
：ＯＣ，ｋ：）２；Ｃ：互／，／２ＯＣｌ（）／
１１
ＣＯ＝
Ｏｐ，（，ｌ分／ｏＣ／Ｅ４）：和别
是
出，即：
图ｌ换能器模型简化图
２８
维普资讯
顾晓丹等：夹心式压电超声换能器的等效电路设计法
ｃ、０、以及、Ｃ、２１分别是换能器２、２
的金属后盖板，压电陶瓷圆环及金属前盖板的密度、纵波声速、横截面积和长度；、ｋ、ｋ和ｏ２
ＺＪＺＪ埘：０１＋２＋Ｚｌｐｐ
ｌ＋：Ｒｌｌ是压电陶瓷晶堆左侧部分的
ｖ（）ｂｏ￣，由（ｏ＝ｖｃｓＩ，Ｏ４）式得：（：Ｏ负载阻抗，也就是换能器后盖板的输入阻抗。作为一）
Ｖｏｋ１，将（）和（）相加可得以下方程：ｆｃｓ２２２３
将各个部分的等效电路联接起来，就可以构成整
６ｒｌＬ — １一Ｊ１ｌ＋Ｉｊ
—
Ｚｎｒ
一
［１］［
Ｖ
ｌｃ丰
Ｉ
ｌ
图２换能器机电等效电路图
一
Ｚ图２中ｚ，和ｚ是换能器的端负载阻抗，０Ｃ为
维普资讯
２心式压电超声换能器的等效电路设计法
顾晓丹刘传绍张昌娟
（河南理工大学机械与动力工程学院，焦作，４４０）５０３

钹型阵列式压电俘能器的参数优化设计与实验_文晟

并建ＡＮＳＹＳ提供的单元库中的ＳＯＬＩＤ５单元，立压电堆叠阵列的三维有限单元模型，如图２所示。该模型共有３其２２７４个单元、５４９７７个节点，中金属钹盖材料采用铍青铜Ｑ压电陶瓷Ｂｅ１．９，材料选用ＰＺＴ－５Ａ。
结构（尺寸为５的压电俘能ｍｍ×１ｍｍ×０．１ｍｍ）
收稿日期：２０１２—１２—１２）基金项目：国家自然科学基金资助项目（５０６７７０２３
中国机械工程第２４卷第１１期２０１３年６月上半月
实现对整体结构的综合设计。本文根据钹型阵列式压电俘能器的结构形式及发电要求，提出了一种基于有限元软件ＡＮＳＹＳ的参数优化设计方法，利用ＡＮ以实ＳＹＳ参数化语言ＡＰＤＬ编程，最现对钹型阵列式压电俘能器结构的优化设计，后根据优化结果制作了样机并进行了相关实验。
［１－３］
器在激励频率为７能产ｋＨｚ且振幅为１５ｍ时， μ
［］生最大１．６ｍＷ的电能。Ｅｒｉｃｋａ等５设计了一种
使用复合圆盘型振子的压电俘能器，其压电振子由直径为２５ｍｍ的压电材料与铝制薄圆板复合实验表明，该压电俘能器在２制成，ｇ加速度、２．５８ｋＨｚ振动频率、１ＭΩ 负载下能产生２４Ｖ的电压；在相同振动频率和加速度条件下，５６ｋ Ω负载情况下能产生最大１．８ｍＷ的电能。钹型压电换能器是由上下两个金属钹盖与中间的压电陶瓷由于金属钹盖为空腔结构，可以将施复合制成的，加在钹盖上的外部载荷转换成压电陶瓷的径向力及轴向力，因此能比相同体积的悬臂梁结构承受

压电结构电气转换装置气路参数优化设计

图２锥形节流阀结构
３气路参数优化设计
３１气路正交试验的参数选择和分析．
复合圆盘上片压电片极化方向与外电场方向相
同，片极化方向与外电场方向相反，下在外电压作用下上片收缩，片伸长，电圆盘向下弯曲。通下压过控制外加电压控制双晶片与喷嘴之间距离，来调控背压室气压，压室气压对喷嘴挡板间隙变背
面积。
压
通信技术、制技术的发展，控电气转换器、定位器正逐渐取代传统的机械结构向电子化、能化方智向发展 ¨ 。电气转换元件的稳定性直接决定了
转换器或定位器性能的好坏，一次转换器或定每位器技术的更新都和转换装置的革新有着紧密联系，目前，国外相关产品已经突破了传统的机械模
检测与仪表
化ｎｔｏｌａ化ｎｓｒ表ｎ２０３６：ｄ～ｒ工自仪，ｓ１ｅ（ｌ４４动及０７ｃ）３ｔ，６ＣｏｒｎｄＩｔｕｍｅｔｎＣｈｍｉａｎｕｓｙｉＩ
压电结构电气转换装置气路参数优化设计
李东明，颖，大鹏贾郑
新一代压电结构电气转换器的研制打下基础。
关键词：压电双晶片；电气装换装置；参数；优化设计
中图分类号：Ｈ０文献标识码：文章编号：００３３（０００－４４４Ｔ７３Ａ１０ —９２２１）６０３）０

压电换能器等效模型分析与阻抗匹配设计

Abstract
The diﬀraction eﬃciency of an acousto-optic tunable ﬁlter (AOTF) relates to the quality of the
power source, the cutting type of the acousto-optic crystal oxidation tellurium (TeO2 ). Moreover, the structure of the piezoelectric ultrasonic transducer and the impedance matching also has great impacts on the diﬀraction eﬃciency of the AOTF. In this paper, the equivalent model of X cutting type lithium niobate (LiNbO3 , LN) piezoelectric ultrasonic transducer with an four-layered coating has been analyzed. Impedance characteristics of the transducer while the acousto-optic medium exists have been determined. And by using the microwave simulation software, the compound matching network of inductance and capacitance has been designed. The TeO2 has been stitched on the transducer using the colored light as the light source, so that to do the diﬀraction experiment.The results of simulations and experiments show that the matching circuit can eﬀectively improve the impedance characteristics of piezoelectric transducer. It can improve the bandwidth of transducer, and also can improve the eﬃciency of energy transmission, that the diﬀraction eﬃciency of AOTF reaches up to 92.67%. Key words Acousto-optic tunable ﬁlter (AOTF), Acousto-optic, Diﬀraction, Piezoelectric transducer, Impedance matching

基于场-路耦合约束的干式空心电抗器优化设计

基于场-路耦合约束的干式空心电抗器优化设计摘要：本文深入分析了选用矩形截面束绞线绕制空心电抗器的优点，提出了使空心电抗器无环流、电阻损耗和涡流损耗小、各包封温升和电流分布均衡的优化设计方法。

进一步，给出了基于矩形截面束绞线的多目标优化算法，并通过数值算例对该算法的有效性进行了验证。

关键词：干式空心电抗器；优化设计1 引言20世纪60年代初，加拿大TRENCH公司率先研制出了环氧浸渍玻璃纤维包封的干式空心电抗器，它具有线性特性好、损耗低、噪声小和参数稳定的优良特性。

现在，随着电网建设和输变电技术的发展，环氧浸渍玻璃纤维包封的干式空心电抗器已经逐渐取代水泥电抗器和铁心电抗器。

目前，干式空心电抗器采用多根相互绝缘的细导线并联绕制。

其选用的细导线主要有扁导线、圆导线和圆形截面束绞线三种类型。

当电抗器采用扁导线绕制时，绕组比较平整美观，但其涡流损耗约为相同截面积的圆导线的2倍[1]。

当电抗器采用圆导线绕制时，随着绕组层数增多和导线径向尺寸的增大，绕组的多层效应加剧[2]。

此外，圆形截面束绞线和圆导线的填充系数比扁导线低，因此当选用这两种导线绕制空心电抗器时，将无法同时满足层等电阻电压、包封等温升和包封等高三个设计要求。

2 矩形截面束绞线绕制空心电抗器2.1优化设计的等效电路约束条件电抗器优化设计的等式约束条件包括层等电阻电压、包封等温升和包封等高三个方面。

下面详细给出选择这些约束条件的原因以及它们需要满足的关系式，这里假设干式空心电抗器有个包封和个层。

（1）层等电阻电压层等电阻电压是以各层导线电阻和层电流的乘积相等作为约束条件，如下式所示：4 算例分析以单相干式空心电抗器为例，其额定容量为60kvar，额定电压为317.5V，额定电感为5.35 mH。

表2是利用计算机辅助设计软件计算得到的电抗器设计结果，电抗器绕组选用圆导线双线并绕。

表3是利用优化设计软件计算得到的1个Pareto最优解，电抗器绕组选用矩形截面束绞线双线并绕。

圆锥型压电换能器的动态设计与实验研究

［］２陈思功，章恒ｊ，ｊ邓凯．中软件设计中人因工程的研究［］算机工程与Ｊ．计结构设计结束后在产品配置中添加相应的尺寸信息后，将设计，０２２（） —０２０，３４：１．７３管峻，，刘更贺朝霞，基于协同仿真环境的人机界面设计［］等．Ｊ＿机械设全部的设计信息下发到下游结构进行。每次设计完成后用户可以［］计与制造，０（）２６２８２７７：４— ４．０对本次设计进行评价发送至管理员，也可以不提出意见。管理员［］习梅，４彭谭彦林．论多媒体作品设计中的人机界面［］Ｊ＿软刊，０８１：２０（）
从模态分析的角度研究圆锥型夹心式压电换能器，可将换能器简化结构型式，图１如所示。这种结构的换能器其前端为变
截面结构，能产生聚能的作用。结构上主要由压电陶瓷环、前后金
属盖板、预紧螺栓、铜电极和中央铜片组成，中央铜片起到电极和安装固定的作用。陶瓷环材料为ＰＴ８晶片、Ｚ一后盖板材料为４＃５钢、前盖板材料为铝合金、电极材料为紫铜（厚度分别为０ｍ．ｍ２
一
１１．２２１６３８
２５１４
—
＼＼
、
－
＼
—
３１５．６３８６．ｌ
４．７４６５．１１８
７７５Ｚ．５３２３．５７
、
、
－
～
＼
＼
，．２４５Ｏ．７５９
－
分。划分网格后的有限元模型，如图３所示。根据功能与结构要

一种复合型声电换能装置的优化设计

引用格式：陈创, 李泽钦, 吕海峰, 等. 一种复合型声电换能装置的优化设计[J]. 中国测试，2024, 50(4): 102-108. CHEN Chuang,LI Zeqin, LÜ Haifeng, et al. Optimal design of a composite acoustic-electrical transducer[J]. China Measurement & Test, 2024, 50(4):102-108. DOI: 10.11857/j.issn.1674-5124.2022090180一种复合型声电换能装置的优化设计陈创1，李泽钦2，吕海峰1，张晏晴1，马智宇1(1. 中北大学机械工程学院，山西太原 030051; 2. 河北工业大学理学院，天津 300401)摘　要: 为了俘获环境中广泛存在的声能，提出一种双效应耦合作用的声电换能装置，该结构可在声电转换的同时捕获空气中的流体能量。

为提高该装置的声电转化效率，对其进行优化设计。

通过研究压电片不同连接方式对发电性能的影响规律，确定不同条件下系统的最优连接方式。

采用正交实验法确定系统的最优组合方式，实验结果表明：在电阻大小2 MΩ、PZT 材料的串联个数28个、PZT 材料的总数56个、声源与换能器间的距离240 mm 的组合方式下，系统输出功率最大。

以最优组合设计实验，设置声压级为110 dB ，噪声频率在247 Hz ，此时测得负载输出电压17.54 V ，输出功率307.65 μW ，平均能量密度13.26 mW/m 3。

优化后的结构可作为微小型用电器的供电电源，在新能量领域有较好的应用前景。

关键词: 俘获声能; 流体能量; 复合型换能器; 正交实验; 优化技术中图分类号: TB9; TB535.3; TM619文献标志码: A文章编号: 1674–5124(2024)04–0102–07Optimal design of a composite acoustic-electrical transducerCHEN Chuang 1, LI Zeqin 2, LÜ Haifeng 1, ZHANG Yanqing 1, MA Zhiyu 1(1. School of Mechanical Engineering, North University of China, Taiyuan 030051, China; 2. School of Science,Hebei University of Technology, Tianjin 300401, China)Abstract : In order to capture the sound energy widely present in the environment, a double-effect coupling acoustic-electric transducer is proposed, which captures the fluid energy in the air while the acoustic-electrical conversion is proposed, which provides a new method for energy capture. In order to improve the acousto-electric conversion efficiency of this device, its design needs to be improved. The effects of varying attachment methods of the PZT piece on the power generation performance has been studied, and the optimal connection method of the system in different occasions was selected. The orthogonal analysis method was used to determine the optimal combination of the system, and the experimental results showed that the system output power was maximum under the combination of the resistance size of 2 MΩ, the number of PZT materials in series of 28, the total number of PZT materials of 56, and the distance between the sound source and the transducer of 240 mm. With the optimal combination design tests, the sound pressure level is set to 110 dB, the noise frequency is 247 Hz, and the voltage across the resistor is 17.54 V, the output power is 307.65 μW, and收稿日期: 2022-09-28；收到修改稿日期: 2022-11-17基金项目: 国家自然科学基金 ( 51305409)作者简介: 陈　创（1998-），男，山西运城市人，硕士研究生，专业方向为振动与噪声控制研究。

压电换能器

辐射体
图五夹心换能器结构示意图
99
地球物理实验
在两陶瓷片之间夹一电极，陶瓷片上侧的金属块称为配重块，下侧的金属块称为辐射块，上下用螺丝拧紧。如采用并联结构，则压电陶瓷接触配重块及辐射块两侧均为负极，接触电极一面均为正极，辐射体用铝轻金属，配重块用45#钢。
图六所示为夹心振子的单轴辐射特性图。曲线A表示应力或应变，在节点处有极大值，
压电换能器的主要性能指标有工作频率和频宽、指向性、阻抗、发射功率和效率、发射灵敏度及接收灵敏度和振幅特性等。
换能器的工作频率影响着其它性能指标的变化，在使用中我们要根据不同的需要来选择换能器的频率。对于发射换能器，一般工作在其谐振基频左右，以获得较满意的波形和效率；而对接收换能器则要求有较宽的频带和较低的噪声；指向性是换能器的重要指标，它直接影响实验的作用距离及定向精度；发射换能器相当于一输入阻抗，可由阻抗电桥测得，接收换能器等效于输出阻抗，其要与发射机的输出回路及接收机的输入电路相匹配（一般在几欧至几千欧）；功率是发射换能器在单位时间内向介质声场辐射多少能量的物理量，功率越大，讯号传得越远。
信号发生器
R mv
1:1
图九串联谐振电路
并保持不变。用标准电阻箱代替换能器，改变其阻值，使毫伏表指针达到同样极小值，此时电阻箱的阻值即近似等于换能器的阻抗。
3. 固有频率：常用方法为电桥法，其原理如图十所示。信号发生器的交变信号经变压器加至电桥 a、c 端，R1，R2为标准电阻，可取R1=R2，R3、C1为标准电阻箱和电容箱， b、d 跨接的毫伏表作为指示用。在某一频率下，调节电阻箱和电容箱，可使毫伏表指针达极小值，记录下此频率下的1/R及1/C，改变至另一频率，重复上述的过程，得到另一组1/R

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

收稿日期：２０１８０５０８；修回日期：２０１８０７１６第一作者简介：付勇（１９９２），男，安徽肥东人，硕士研究生，主要研究方向为高效节能与环保装备技术。通信作者：陈晔（１９７２），男，江苏无锡人，博士，教授，主要研究方向为高效节能与环保装备技术。Ｅｍａｉｌ：ｎｊｕｔｇａｓｋｅｔ＠１６３．ｃｏｍ
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｓｈｏｒｔｃｏｍｉｎｇｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌａｎａｌｙｔｉｃａｌｍｅｔｈｏｄｓｉｎｄｅｓｉｇｎｉｎｇｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ，ｓｕｃｈａｓｎａｒｒｏｗａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｒａｎｇｅ，ｃｏｍｐｌｉｃａｔｅｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎａｎｄｉｎａｃｃｕｒａｔｅｒｅｓｕｌｔｓ，ｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｂａｓｅｄｏｎＣｏｍｓｏｌｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｏｂｔａｉｎｔｈｅｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｙｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓｏｆｔｈｅｓａｎｄｗｉｃｈｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ，ｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｅｑｕａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｒａｔｉｏｆｏｒｍｕｌａｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｏｎｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｆｉｎｅｒｏｄｖｉｂｒａｔｉｏｎａｎｄｔｈｅＭａｓｏｎｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔｔｈｅｏｒｙ．Ｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｔｈｅａｃｔｕａｌｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｔｈｅｈｉｄｄｅｎｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｈｅｆｒｏｎｔｃｏｖｅｒｐｌａｔｅｗａｓｓｏｌｖｅｄｂｙ１ｓｔＯｐｔａｎｄｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄ．ＴｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｗａｓｓｔｕｄｉｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｃｏｕｐｌｉｎｇｍｏｄｕｌｅｏｆＣｏｍｓｏｌＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ．Ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅ，ｔｈｅｐｏｓｉｔｉｖｅａｎｄｎｅｇａｔｉｖｅｒｅｓｏｎａｎｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙ，ｔｈｅｆｕｎｄａｍｅｎｔａｌｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｈｉｇｈｅｓｔｃｏｎｄｕｃｔａｎｃｅｖａｌｕｅｗｅｒｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄ，ｔｈｅｒｅｂｙｏｂｔａｉｎｉｎｇｔｈｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ＇ｓｎｏｄａｌｓｅｃｔｉｏｎ，ｑｕａｌｉｔｙｆａｃｔｏｒａｎｄｄｙｎａｍｉｃｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ．Ｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈｅｃｅｒｔａｉｎｅｒｒｏｒｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｔｒａｎｓｄｕｃｅｒａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｖａｌｕｅ．ＴｈｅｓｉｚｅｏｆｔｈｅｆｒｏｎｔａｎｄｒｅａｒｃｏｖｅｒｐｌａｔｅｗａｓｃｏｒｒｅｃｔｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅＣｏｍｓｏｌｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｅｒｒｏｒｏｆｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｄｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙａｎｄｔｈｅｄｅｓｉｇｎｖａｌｕｅｉｓ０．０６７％，ａｎｄｔｈｅｎｏｄａｌｐｌａｎｅｉｓｌｏｃａｔｅｄｉｎｔｈｅｍｉｄｄｌｅｐｏｓｉｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｅｒａｍｉｃｃｒｙｓｔａｌｐｉｌｅ．Ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｃａｎｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅａｎｄｓｈｏｒｔｅｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｃｙｃｌｅｏｆｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ，ｗｈｉｃｈｉｓｏｆｇｕｉｄｉｎｇｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｔｏｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｄｅｓｉｇｎｏｆｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ；ｏｎｅｄｉｍｅｎｓｉｏｎｆｉｎｅｒｏｄｖｉｂｒａｔｉｏｎｔｈｅｏｒｙ；Ｍａｓｏｎｅｑｕｉｖａｌｅｎｔｃｉｒｃｕｉｔ；Ｃｏｍｓｏｌ；ｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｅｑｕａｔｉｏｎ
ＤｅｓｉｇｎａｎｄＯｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆＳａｎｄｗｉｃｈＰｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃＴｒａｎｓｄｕｃｅｒＢａｓｅｄｏｎＣｏｍｓｏｌＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ
ＦＵＹｏｎｇ，ＣＨＥＮＹｅ，ＺＨＡＮＧＷｅｉｍｉｎ
（ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌａｎｄＰｏｗｅｒＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＮａｎｊｉｎｇＴｅｃｈＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｎａｎｊｉｎ，２１１８１６，Ｃｈｉｎａ）
第３６卷第５期
轻工机械
Ｖｏｌ．３６Ｎｏ．５
２０１８年１０月
ＬｉｇｈｔＩｎｄｕｓｔｒｙＭａｃｈｉｎｅｒｙ
Ｏｃｔ．２０１８
பைடு நூலகம்
［研究·设计］
ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００５２８９５．２０１８．０５．００１
基于多物理场耦合的夹心式压电换能器优化设计
付勇，陈晔，张伟民
（南京工业大学机械与动力工程学院，江苏南京２１１８１６）
摘要：针对传统解析法在压电换能器设计中存在适用范围窄、计算繁琐以及结果不精确等缺点，提出了基于Ｃｏｍｓｏｌ的换能器优化设计。为得到夹心式压电换能器的初步尺寸，笔者基于一维细棒振动和Ｍａｓｏｎ等效电路理论得到了换能器的频率方程和前后振速比公式；结合实际工况选定材料后利用１ｓｔＯｐｔ对前盖板的隐函数进行求解，设计了换能器的结构参数；基于ＣｏｍｓｏｌＭｕｌｔｉｐｈｙｓｉｃｓ的压电耦合模块对设计的换能器进行动力学仿真研究，得到了换能器的特征频率、相应振型以及正反谐振频率、基频频率和最高电导值，从而获得了换能器的节面高度、品质因数以及动态电阻等参数。模拟结果得出换能器相应参数与设计值有一定误差，可利用Ｃｏｍｓｏｌ优化模块对前后盖板尺寸进行修正。结果表明改进后的换能器频率与设计值误差为０．０６７％，且节面位于陶瓷晶堆中间位置。该方法可以有效提高换能器的使用性能和缩短研制周期，对压电换能器的优化设计有一定的参考意义。关键词：压电换能器；一维细棒振动理论；Ｍａｓｏｎ等效电路；Ｃｏｍｓｏｌ软件；电压方程中图分类号：ＴＢ５５２文献标志码：Ａ文章编号：１００５２８９５（２０１８）０５０００１０９