Cymbal压电换能器发电性能的有限元仿真分析

应用有限元法研究结构参数对cymbal换能器性能的影响.首先,以压电方程为基础,应用有限元理论对cymbal换能器进行有限元建模,得出有限元动力学方程.然后应用ANSYS分析了cymbal换能器结构参数对其发电电压和谐振频率的影响.结果表明,为达到更好的发电电压,应该增加cymbal压电陶瓷的厚度tp,增加金属帽内腔底径φc,减少金属帽厚度tm和内腔顶径φd,对每个cymbal系统都存在一个最优的内腔高度dc.基振频率随着tm、dc增加而增加,随φc增加而减少.     

夹心式压电超声换能器声场分析

对谐振频率为28.4 kHz的夹心式压电超声换能器声场进行仿真分析,研究空化气泡对声场分布及噪声的影响。以COMSOL软件压力声学接口为基础,对换能器进行瞬态分析,观察有无空化气泡时空间内的声压分布情况,对比两种情况下截点位置的声压变化曲线及频域分布曲线。通过试验对仿真结果进行验证,确认空化气泡的存在增强了空间中的声场,使水中最大声压值由8×104 Pa增大至2.5×105 Pa,空气中最大声压值由80 Pa增大至140 Pa。水中的高声压区集中在空化区域内,空化区域后方的声压减弱。与此同时,空化气泡使空气中的低频噪声增加,截点位置的声压幅值由原来的2 Pa增大至4 Pa。     

超声切割用压电换能器理论设计及有限元仿真

基于波动方程和频率方程,建立了电镀金刚石线锯超声切割用压电换能器的解析模型,得到了压电换能器各组成部分的结构尺寸。借助有限元分析软件ANSYS对理论设计的压电换能器进行了动力学分析和优化设计,得到了压电换能器的优化模型。分析结果表明,有限元法对压电换能器的设计和分析具有很好的指导作用。这种换能器具有良好的性能,对下一步的应用研究有重要意义。     

V型压电换能器的有限元分析与实验

为实现对不同方向环境振动能量的收集,提出了一种新颖的V型压电换能器,对其进行了有限元仿真分析和实验测试.有限元分析表明,压电陶瓷片与金属弹性基片之间有一个最佳厚度比,为0.5,使得换能器发电能力最强.随着换能器两金属基片夹角的增大,其输出电压不断减小.实验测试显示,有限元分析与实验结果具有较好的一致性,且都在压电陶瓷片厚度为0.15 mm时,其输出开路电压最大,验证了有限元分析的可靠性,在输出功率测试中,V型压电换能器对外负载供能具有较好的优越性,且在峰值为0.3N的作用力下,输出功率达到22 μW.     

AlN超声换能器声场的仿真分析

超声换能器声场性能是换能器优劣的一个重要指标,对声场中的一系列理论进行了分析推导,分别对换能器声场进行频域和瞬态分析。频域分析中研究了声压、声压级随频率变化规律、油液区域中声场的分布、衰减的问题。瞬态分析中展示了声波在油液域的传播过程,对比了声信号在换能器两侧的传播,分析声波在各个反射界面的强度变化。结果与理论分析一致性较好,为后续利用设计制作换能器提供一定的依据。     

压电换能器底座ANSYS有限元分析

压电换能器是超声无损检测中的一个重要的组成环节,然而,有许多因素影响压电换能器的性能。文章运用有限元ANSYS软件,模拟出压电换能器的模型,分析其底座对压电换能器性能的影响。结果发现,金属基座不仅具有保护压电材料的作用,解决电极引出问题,而且还能增大压电换能器的输出电压,有效地提高其压电性能。     

基于无限元方法的壳体外声场仿真研究

建立了无限元与有限元声学耦合模型,运用SYSNOISE软件的无限元与有限元耦合技术对八分之一封闭球壳的外部辐射声场进行研究,计算了八分之一球壳在介质为水和空气时,在典型激励作用下的外部声场辐射情况。壳体是工程中应用最广泛的结构之一,同时壳体的声场问题也越来越受到关注,强声场可能会导致结构发生变形,甚至破坏,使结构失去工作能力。通过计算,得出了壳体在100Hz时的声压级分布图,给出了壳体外部为水和空气时的声压级曲线,得出了壳体外部声场随激励变化的基本规律。这种方法为研究声场辐射问题提供了重要参考,也为今后解决此类工程问题提供了理论上的依据。     

圆锥型压电换能器的动态设计与实验研究

对一种圆锥型夹心式压电换能器进行了动态设计与实验分析。利用有限元分析方法对换能器进行了动态设计,给出了该类压电换能器有限元建模方法,分析了换能器主要结构尺寸对振动模态、固有频率的影响。依据有限元分析结果,提出了一种基于数值分析的换能器优化设计方法,简化了设计过程。在数值分析的基础上,设计、研制了圆锥型夹心式压电换能器,并对压电换能器进行了性能测试。并将实验测试数据和有限元分析结果进行了对比,测试结果验证了数值分析与设计方法的合理性。     

单-双晶片压电换能器发电能力仿真分析与实验研究

为分析单晶片与双晶片压电换能器发电能力的强弱,设计了单-双晶片压电换能器发电实验装置.首先对装置结构设计和工作原理进行了说明,采用悬臂梁支撑方式进行发电,对单-双晶片换能器进行了仿真分析,得出了换能器工作的形态以及最佳发电频率;然后对系统进行了单-双晶片换能器实验对比测试,分析了驱动频率与激励振幅对单-双晶片换能器发电...     

悬臂梁式压电换能器能量获取特性研究

研究了悬臂梁式金属-陶瓷压电复合换能器的工作机理,运用有限元理论,借助ANSYS软件建立了压电换能器的有限元分析模型,通过模态分析得到了其固有频率;并且在模型表面施加动载荷,通过瞬态分析,获得了一般环境周期载荷频率和固有频率载荷下换能器的电压输出情况,为今后研究此类换能器的环境吸能特性和可能的应用场合提供了理论依据.     

四立柱压电换能器装配机研制

针对传统压电换能器装配方法中存在的压电换能器电声转换效率低、易发热、陶瓷片易破碎、压电换能器易松开、压电换能器和超声波发生器难以匹配等问题,为实现压电换能器的自动装配,提高装配精度,对压电换能器装配方式进行了研究。通过采用有限元的方法,设计了一种四立柱压电换能器的装配机。论述了该装配机的基本组成部分,并对机械结构进行了力学分析,介绍了电机的控制方法和控制系统的流程。利用该装配机进行了装配,并对新装配压电换能器进行了每天测量。研究结果表明,使用压电换能器的装配机装配效率得到了极大的提升,压电换能器的质量、稳定性和可靠性得到了提高。新装配的压电换能器在装配完后性能仍有一定的提升,在7天之后趋于稳定。     

压电超声换能器的粘接技术

通过对粘接理论和粘接破坏形式的分析，针对超声换能器对粘接的机械性能和声传输性能的特殊要求，给出了超声换能器粘接的实用方法，包括表面润湿方法、非均匀加载固化等，经过实验的验证，取得了理想的效果，为其它领域的压电器件的粘接工艺提供了有效的方法。     

压电换能器的研制及其在精密工程中的应用

10年前压电陶瓷还只是作为一种新的材料面世,其应用也是介绍日本和欧美的情况,如今压电陶瓷的应用已进入国民经济的各个领域。压电器件以其独特的优越性能,在航空、航天、集成制造等精密工程领域中正发挥越来越重要的作用。 本文首先介绍了压电器件在航天、航空、精密机械制造、控制等高新技术领域中的应用;分析了不同类型压电陶瓷材料和各种不同压电器件的性能;最后指出设计和研制中的一些问题。     

基于ANSYS的Cymbal换能器等效压电常数分析

本文研究了Cymbal换能器的工作机理,用有限元分析方法建立了该换能器的有限元分析模型,制作了几种规格的Cymbal换能器.压电陶瓷PZT-5A作为Cymbal换能器的压电相,铜箔作为端帽电极.分析了压力与Cymbal换能器位移、等效压电常数de33与端帽电极以及压电陶瓷片形状参数之间的关系,确立了钹式换能器的等效压电常数de33达到最大值的结构参数,并且对有限元软件的计算值和试验值进行了比较.     

基于空间脉冲响应的超声换能器声场研究

以空间脉冲响应为理论基础,建立了换能器空间声压模型,通过求任意时刻相交弧长对应圆心角的方法,计算了圆形和矩形换能器的脉冲响应函数,并仿真了其声轴线平面、横截面和声轴线的声压分布,通过与理论声压对比,仿真结果可以准确地反映换能器在空间辐射的声场。该方法对优化换能器设计参数和无损检测工艺、提高超声检测分辨率和可靠性有重要意义,也适用于其他形状换能器声场的计算。     

高Q_M值夹心式压电超声换能器的设计

为了改善换能器的QM值,降低换能器工作时损耗,设计了一种工作在并联谐振频率的压电超声换能器。根据换能器的频率要求,利用换能器的频率方程完成换能器结构尺寸的设计;使用有限元方法对换能器的结构和性能进行了仿真分析;通过实验分析了压电陶瓷晶片关键参数对换能器性能的影响,提出陶瓷晶片匹配原则,为生产高QM值压电换能器提供了参考。     

高声压级换能器磁路有限元仿真及优化设计

为使高声压级换能器磁路获得更大的磁感应强度和更小的质量,采用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立高声压级换能器内磁式磁路结构有限元仿真模型,分析上导磁板相对下导磁板高度差对磁感应强度的影响;运用参数化扫描的方法,优化磁路结构永磁体厚度、上导磁板相对下导磁板高度差、导磁板内环半径与永磁体内环半径之差3个基本尺寸,使得参考线磁感应强度平均值最大化;利用软件优化模块,建立优化模型,优化后,参考线磁感应强度平均值基本不变,导磁板重量明显下降.     

高声压级换能器磁路有限元仿真及优化设计

为使高声压级换能器磁路获得更大的磁感应强度和更小的质量,采用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立高声压级换能器内磁式磁路结构有限元仿真模型,分析上导磁板相对下导磁板高度差对磁感应强度的影响;运用参数化扫描的方法,优化磁路结构永磁体厚度、上导磁板相对下导磁板高度差、导磁板内环半径与永磁体内环半径之差3个基本尺寸,使得参考线磁感应强度平均值最大化;利用软件优化模块,建立优化模型,优化后,参考线磁感应强度平均值基本不变,导磁板重量明显下降.     

结构参数对Cymbal压电换能器发电性能的影响研究

建立Cymbal压电换能器有限元模型,通过时域仿真,分析了Cymbal换能器压电材料厚度、内腔直径和高度、金属端帽厚度等结构参数对换能器输出电压的影响规律。结果表明,为使Cymbal压电换能器得到更好的输出电压,应该选择最优的内腔高度,增大换能器内腔直径、压电材料厚度,同时减小金属端帽厚度和换能器外直径。可为Cymbal压电换能器的结构优化设计提供一定的理论参考,提高设计效率。     

基于压电陶瓷的新型换能器的研究

Cymbal换能器是一种新型压电复合换能器,能输出较大的位移和驱动力。应用软件分别分析和实验验证了Cymbal换能器的形状参数h对频响和结构特性的影响,同时比较了Cymbal和其它两种结构的换能器在位移方面的差异。