纵横耦合振动夹心式压电超声换能器的研究

本文利用解析方法研究了大尺寸及高频夹心式压电超声换能器的耦合振动。通过引入各部分的振动耦合系数及等效弹性系数，推出了换能器的基模耦合振动频率方程。与数值方法相比，由于计算公式具有简单的解析表达形式，因此无需电子计算机就可迅速得出结果。实验表明，本文理论得 出的夹心式换能器的共振频率比一维理论得出的结果更加接近于实际测量值。     

A3夹心式压电超声扭转换能器的研制

本文对夹心式压电超声扭转振动换能器进行了理论及实验研究，得出了对称型扭转振动夹心换能器的共振频率设计方程，给出了频率方程式中一些主要的物理量的具体表达式。在此基础上，实际设计并制作了一个夹心扭转振动换能器，并对其所有的电声参数进行了测试     

有限长各向同性圆柱体耦合振动的研究

按照耦合振动理论,用解析方法研究了有限长各向同性圆柱体的耦合振动,推出了用于设计及计算共振式圆柱振动器的频率方程,分析了振动体内纵向与径向振动之间的耦合关系。理论分析表明,无限长细棒的纵向及径向振动理论,薄板的径向振动理论以及无限介质中的纵向振动理论,都可由本文得出的理论推出。与数值方法相比,解析法计算简单,物理意义明显。实验表明,由本文理论得出的有限长圆柱振动器的共振频率与现有的理论结果及实验都非常符合,与一维振动理论的结果相比,耦合振动理论得出的振动体的共振频率与实验测量值更加符合。     

气介式功率超声复合换能器的声辐射特性研究

本文对气介式功率超声复合换能器的辐射声场进行了理论计算并与实验结果进行了对比。该复合换能器由夹心式纵向振动半波长换能器及弯曲振动的薄圆盘组成。从理论上推出了弯曲振动辐射圆盘在不同边界条件下的辐射声场分布及其共振频率方程。理论分析结果表明,固定边界弯曲振动圆盘辐射声场的指向性最佳,并且指向性的理论计算结果与实验结果符合很好。     

用于声化学的复合换能器的研究

设计了一种夹心式纵弯复合振动模式超声换能器,该换能器由纵向夹心式压电超声换能器与弯曲正六边形薄板组成。采用有限元方法,对一定几何尺寸边界自由的正六边形薄板进行模态分析,得到中心位移最大的某一模态,设计以该模态的频率作为共振频率的纵弯复合模式换能器。当复合振动系统振动模式的共振频率与纵向换能器的共振频率以及正六边形薄板弯曲振动的共振频率一致时,复合振动系统具有较高的有效机电耦和系数,系统声辐射能力较强;频率的理论与测量值的误差可能是设计纵向换能器时未考虑预应力螺栓、前后盖板的形状以及横向振动的影响,材料参数的取值与实际值有误差。弯曲振动的正六边形薄板的几何尺寸大,将会增大复合振动系统声波的辐射面积,因此可以改善局部空化腐蚀问题,并且可以提高槽内声场的均匀性,从而可以提高声化学产率;实验结果表明,换能器的共振频率测试值与设计值基本吻合。     

压电陶瓷圆环与金属圆环复合振动系统的径向振动

对由压电陶瓷圆环与金属圆环组成的复合振动系统的径向振动特性进行了研究。首先分析了压电陶瓷圆环和金属圆环的径向振动,推出了其各自的机电等效电路。在此基础上,得出了压电陶瓷圆环与金属圆环复合振动系统的机电等效电路及其共振频率方程。探讨了系统的共振及反共振频率、有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系。研究表明,当复合振动系统的壁厚比增大时,其共振及反共振频率升高。对于换能器的第一阶径向振动,其有效机电耦合系数随壁厚比的增大而单调减小;对于换能器的第二阶径向振动,其有效机电耦合系数随壁厚比的增大会出现一个极大值,而且,在一定的壁厚比范围内,换能器第二阶径向振动的有效机电耦合系数大于第一阶径向振动的有效机电耦合系数,这一规律与传统的有关压电换能器的分析理论及结果是有所不同的。     

A3 夹心式压电超声扭转换能器的研制

本文对夹心式压电超声扭转振动换能器进行了理论及实验研究，得出了对称型扭转振动夹心换能器的共振频率设计方程，给出了频率方程式中一些主要的物理量的具体表达式，在此基础上，实际设计提供制作了一个夹心扭转振动换能器，并对其所有的电声参数进行了测试。     

弯曲振动气介式超声换能器的振动特性及辐射声场研究

本文对弯曲振动气介式超声换能器进行了研究，推出了夹心式换能器与弯曲圆板二者复合振子的机电等效电路及其总体频率方程，得出了其远场声压分布及指向性的解析表达式，并数值计算了换能器近场三维声压分布。     

纵－扭复合振动夹心式压电超声换能器的研究

本文从纵振动和扭转振动的波动方程出发，结合复合振动换能器各组成部分在一维条件下，纵振动和扭转振动的等效网络，以一维声传输线理论为基础，推导出了复合振动换能器所满足的纵振动和扭转振动共振频率方程，通过合理地选择变截面杆的弯延指数β，从而设计出了同一长度下，纵振动的基波和扭转振动的二次谐波可以共振的纵－扭复合振动换能器，并对影响弯延指数β的因素进行了初步的探讨。实验结果表明，理论计算与实验结果基本符合。     

锥盘形超声聚能器的耦合振动特性与优化设计

超声聚能器具有放大振幅、匹配声阻抗、提高声能量传输效率的作用,盘形聚能器与压电圆管组合能够扩大声能量的辐射范围。采用传统的一维理论对盘形聚能器振动的分析,往往忽略了高度对振动的影响。为了获得符合盘形聚能器实际振动的解析理论,以结构简单且易加工的锥盘形超声聚能器为研究对象,利用等效弹性法分析了高度与半径尺寸接近的聚能器的径、纵向耦合振动。通过引入机械耦合系数,推导得到了聚能器耦合振动的机电等效电路、共振频率方程组和径向位移放大倍数。进一步分析了聚能器机械耦合系数、共振频率和径向位移放大倍数与几何尺寸的依赖关系。利用有限元法对聚能器的耦合振动模态进行了仿真,理论计算与模拟结果一致,验证了理论推导的正确性。振动特性与优化结论的获得为盘形聚能器的工程应用提供了理论依据,为径向复合换能器的振动分析奠定了研究基础。     

用于超声清洗复合振动换能器的研究

本文研究了一种由纵向振动夹心式压电超声换能器与弯曲圆盘组成的用于液体中超声处理的复合振动辐射器。推出了恢复合振动系统的共振频率设计方程，分析了各个振动模式的机电转换特性及其声波辐射特性，测量了振动系统的共振频率及其有效机电耦合系数。从实验及理论结果可以看出，振动系统的频率测试值与设计值基本符合。在一定的共振频率上，该振动系统具有最大的有效机电耦合系数，是一种很有前途的功率超声辐射器。     

计及压电效应时矩形振子的三维振动研究

在计及压电效应的情况下，本文利用解析方法对有限尺寸压电陶瓷矩形振子的三维振动进行了研究，推出了振子耦合振动的频率方程，并对振子的振动模式进行了分析。理论研究表明，利用本文中的解析法研究振子的耦合振动，计算简单、物理意义明显。与传统的一维理论分析方法及数值方法相比，由于本研究考虑了振子的压电效应以及不同振动模式不同的相互耦合，因此，振子的理论计算频率与测量值更加符合。     

考虑压电效应时压电陶瓷圆形振子的耦合振动

在考虑压电效应的情况下，本文对压电陶瓷圆形振子的耦合振动进行了研究。根据压电陶瓷圆形振子的运动方程及压电方程，通过引入振子不同振动模式之间的机械耦合系数，分析了振子轴向及径向振动之间的耦合关系，得出了振子耦合振动的电导纳表达式，并导出了共振频率方程。与一维理论的结果相比，由本文理论得出的振子共振频率与实际测量值更加符合。     

指数型纵—扭复合模式超声换能器研究

纵-扭复合模式夹心式压电超声换能器是超声马达、超声加工等应用技术中的重要组成部分.本文研究的复合模式换能器由圆柱型金属后盖板、指数型金属前盖板及轴向极化和切向极化的二组压电陶瓷晶堆组成.导出了换能器中纵向振动与扭转振动模式的共振频率方程.并得出了两种振动同频共振的条件.实验表明.换能器的测试频率与设计频率符合很好.且换能器的纵向共振频率与扭转共振频率基本一致.     

Ⅱ型弯张换能器壳体的振动特性分析

弯张换能器是一种新型大功率换能器,具有低频、高效、结构紧凑、功率容量比大等优点。本文分析了Ⅱ型弯张换能器壳体的振动特性。讨论了壳体振动问题的数学建模及非伸长型振动条件下固有模态和准静态解,得出了对称式最低阶振型。     

纵－扭复合振动夹心式压电超声换能器的研究

本文从纵振动和扭转振动的波动方程出发，结合复合振动换能器各组成部分在一维条件下，纵振动和扭转振动的等效网络，以一维声传输线理论为基础，推导出了复合振动换能器所满足的纵振动和扭转振动共振频率方程，通过合理地选择变截直的弯延指数β，从而设计出了同一长度下，纵振动的基波和扭转动的二次谐波可以共振的纵－扭复合振动换能器，并对影响弯延指数β的因素进行了初步的探讨。     

半波长夹心式换能器的理论分析和计算(Ⅰ)

半波长夹心式换能器的设计有二种方法:一种是已知前盖,后盖,压电陶瓷堆三部分中的二部分长度,求第三部分的长度；另一种是在半波长夹心式换能器中选定节点,然后分前后二部分进行设计,分别确定三个部分的长度。本文讨论了第一种半波长夹心式换能器的设计方法。按一维问题处理,从一般形式出发,在理论上推导出了有负载情况下,半波长夹心式换能器的频率方程,同时导出了半波长夹心式换能器各点的位移,振速、应变,纵向弹性力,应力和振速放大系数的一般关系表达式,为今后各种形状的半波长夹心式换能器的设计提供理论计算依据。     

Ⅳ型弯张换能器的数字建模

Ⅳ型弯换能器的振动机理比较复杂,它包涵着驱动振子的振动、壳体的振动、水介质振动及它们之间相互耦合而构成的复合振动。本文对其进行了较详细的理论分析,给出了换能器壳体的振动位移分布和谐振频率。并根据干模态讨论了换能器在水中的声辐射特性;再者,结合压电方程及换能器的振速、应力分布给出了换能器在水中的电机声等效电路。理论分析结果与有限元法及实验测量进行比较,符合较好。     

矩形横截面耦合振动复合变幅杆的设计

本文研究由一部分变截面杆和一部分定截面杆构成的大尺寸矩形横截面复合变幅杆。文章中引进了变幅杆各轴向的等效弹性常数，并推出了具体表达式，利用表观弹性法探讨了大尺寸矩形变幅杆的耦合振动，得出了变幅杆的共振条件，即频率方程。实验表明，与一维理论的计算结果相比，利用耦合振动理论得出的变幅杆的共振频率更加接近于实测值。     

大功率纵-弯超声振动系统的研究

本文研究了一种大功率纵－弯昨合模式超声振动系统。该系统由两个纵向大功率夹心式压电超声换能器及一个均匀截面直棒组成。文中给出了该振动系统的具体结构及其共振频率设计方程。根据均匀直棒的纵向及弯曲振动理论，导出了振动系统中纵向及弯曲振动同频共振的条件。