夾心式縱彎振動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)耦合振動的研究，一直是聲學(xué)領(lǐng)域里的熱門話題。因為耦合振動既是換能器設(shè)計中影響其輸出性能的負面因素，又是實現(xiàn)一些特殊要求換能器的方法之一?，F(xiàn)階段，對于單體的多種振動模態(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，大尺寸振動體的多維耦合等等。本文的目的是對多體的兩種振動模態(tài)的耦合進行研究，分析其耦合后的振動特性。 本文主要是利用縱振換能器前端加載一薄圓盤，通過縱振激勵圓盤的彎振，來實現(xiàn)縱彎振動

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

3、距很大。 (3)利用夾心式換能器的設(shè)計理論，將縱振換能器與薄圓盤作為整體進行分析，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，利用計算機計算出了其各階共振頻率。并與前面的單獨振動體的頻率間距作以比較，發(fā)現(xiàn)通過兩種振動模態(tài)的耦合，大大拉近了各階振動頻率峰值的間距。利用ANSYS模擬實驗進行了驗證。 (4)簡單介紹了利用ANSYS模擬設(shè)計換能器的方