一類功能梯度壓電換能器徑向振動的解析解及有限元仿真.pdf

1、壓電材料以其特有的力電耦合效應已廣泛應用于各類工程中，例如壓電傳感器，壓電變壓器，高精度壓電微動平臺以及壓電機器人等。壓電換能器是壓電材料的一個重要應用領域。壓電換能器是一種利用壓電材料的正逆壓電效應實現(xiàn)機械能與電能互換的能量轉換器件。它可以用于超聲波檢測、超聲波測距、水下聲學。壓電換能器通常的工作頻率是其諧振頻率或反諧振頻率，所以研究各因素對壓電換能器工作頻率的影響可以有效指導高性能壓電換能器的設計及優(yōu)化。
　　功能梯度(FGM

2、)材料是一種在梯度方向上材料屬性按某種連續(xù)函數形式分布的新型材料。由于材料屬性連續(xù)變化，所以功能梯度材料擁有一般復合材料所不具備的優(yōu)勢。將壓電材料與功能梯度材料概念相結合可以得到功能梯度壓電材料，為壓電換能器的設計提供了新的思路。
　　本文研究了的一類徑向極化功能梯度壓電圓環(huán)形換能器徑向振動特性。這類功能梯度壓電圓環(huán)形換能器中，除了泊松比以外，其它的材料常數都設為徑向位置的冪函數形式，但材料密度的功能梯度指數與其它材料參數的功能梯

3、度指數可不相同。
　　運用壓電線性彈性理論，給出了這類功能梯度壓電換能器在徑向振動情形的通解，通過引入邊界條件，給出諧振和反諧振頻率方程。推導出了內外表面均為自由及內表面彈性支撐外表面自由兩種邊界條件下，功能梯度壓電圓環(huán)自由振動的解析解。借助數值計算，分析了以上兩種情況下功能梯度壓電圓環(huán)的振動特性:1、內外表面均為自由情況下，壓電圓環(huán)內外徑比和功能梯度指數對功能梯度壓電圓環(huán)一階諧振和反諧振頻率及有效機電耦合系數的影響。2、內表面彈