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。     

二维阵列换能器声辐射力分布的计算分析

利用角谱理论得到了圆形活塞换能器阵元组阵后作用在平面悬浮物体上的声辐射力分布公式。通过数值仿真,分析了换能器频率、阵元间距以及阵元数目对声辐射力分布的影响。计算结果表明,换能器组阵使得声辐射力分布的指向性变窄,强度增强;随着换能器频率的提高、阵元间距的增大以及阵元数目的增多,声辐射力分布的主瓣更尖锐,但阵元间距的增大会使声辐射力分布的旁瓣增高。为了改善声辐射力的空间分布,采用伪逆矩阵算法,以能量增益为目标函数,通过调节换能器阵元表面振动速度的幅值和相位来形成多焦点的声辐射力分布,为阵列换能器声辐射力分布的调控和声悬浮稳定性的研究提供帮助。     

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。     

VII型低频弯张稀土换能器研究

为了进一步提高VII型弯张换能器的工作性能,本文对VII型低频弯张稀土换能器课题研究作了总结:研究了弯张换能器各方向尺寸与其同相振动谐振频率之间的关系;计算了VII型弯张换能器壳体给驱动元件施加一定预应力时,壳体所需的装配位移的大小,并作了相应的实验验证;对研制出的换能器弯张壳体及换能器的振动模态进行了测试,与理论计算相符;测试了VII型弯张换能器的声学性能-水中呼吸模态对应谐振频率为1.16kHz,带宽为680Hz,机械品质因数Qm为1.71,单位电流发射响应在谐振频率处达到186.1dB,电声效率为13.1%;弯张换能器随入水深度的不同, 驱动元件两端所受到的总的预应力是不同的,计算了换能器入水深度与预应力的关系;利用赫姆霍茨积分方程—有限元结合方法,计算出了换能器辐射声场指向性。在本文最后,指出了今后改进该型换能器性能的方向。     

Ⅶ型低频弯张稀土换能器研究

为了进一步提高Ⅶ型弯张换能器的工作性能，本文对Ⅶ型低频弯张稀土换能器课题研究作了总结：研究了弯张换能器各方向尺寸与其同相振动谐振频率之间的关系；计算了Ⅶ型弯张换能器壳体给驱动元件施加一定预应力时，壳体所需的装配位移的大小，并作了相应的实验验证；对研制出的换能器弯张壳体及换能器的振动模态进行了测试，与理论计算相符：测试了Ⅶ型弯张换能器的声学性能．水中呼吸模态对应谐振频率为1．16kHz,带宽为680Hz，机械品质因数Qm为1．71，单位电流发射响应在谐振频率处达到186．1dB，电声效率为13．1％；弯张换能器随入水深度的不同，驱动元件两端所受到的总的预应力是不同的，计算了换能器入水深度与预应力的关系；利用赫姆霍茨积分方程一有限元结合方法，计算出了换能器辐射声场指向性。在本文最后，指出了今后改进该型换能器性能的方向。     

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。     

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。     

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。     

声表面波换能器激励的有限元仿真

采用有限元法分析了声表面波换能器电极上的激励问题。从声场波动方程、麦克斯韦方程以及压电本构方程出发,利用哈密顿原理,推导了在压电介质中声表面波有限元方程,然后采用Newmark法对有限元方程进行时域变换。分析了换能器电极上的静态电荷分布和动态电荷分布。对压电介质中声表面波振动振幅进行计算并分析了质点振动振幅随深度的变化情况。     

有限元和边界元在纵向式换能器设计中的应用

采用有限元和边界元相结合的方法，计算分析了纵向式换能器在空气和水中的振动模态、谐振频率、导纳曲线及空间指向性。并与实际测试进行了比较。     

纵向振子与圆盘组成的弯曲振动超声换能器的研究

用等效电路法研究了由纵向振动直棒与弯曲振动固盘组成的复合系统的共振频率及振动模式设计制作了几个具有弯曲振动圆盘的超声换能器,实测了它们的共振频率及振动位移分布。结果表明,实测值与设计值比较接近。本法计算简单,在此类换能器的实际设计中,具有一定的应用价值。     

复频超声换能器的研究

研究了一种具有多个共振频率的功率超声换能器，即复频超声换能器。换能器由一个纵向振动夹心式压电超声振子和一个弯曲振动薄圆盘复合而成。给出了换能器的理论共振频率方程，对实际制作的换能器的共振频率，等效电阻抗及有效机电耦合系数进行了实验测试，并对换能器的大功率工作性能进行了定性的测量及观察。实验结果表明，给出的换能器可以在不同的振动模式上工作，因此具有许多共振频率，且对应换能器不同的共振频率，换能器的等     

新型叠片式压电换能器的有限元分析

提出一种新型叠片式压电换能器结构,利用有限元仿真软件ANSYS10．0分别在空气中和水中对这种换能器进行了建模仿真,得到了压电换能器的工作频率、振动曲线和导纳图,计算出了换能器在水中的发射响应和指向性,结果表明这种叠片式结构可有效提高压电换能器的灵敏度。     

一种采用PVDF压电薄膜的弯张换能器

本文提出了一种采用PVDF压电薄膜代替弯张换能器的金属外壳的新型弯张换能器,即一种采用PVDF压电薄膜的弯张换能器。用阻抗分析仪、激光扫描测振仪和水声测量系统分别测量了采用PVDF压电薄膜的弯张换能器的谐振频率、带宽、发送电压响应、水平指向性。通过对比分析实验结果,可以看出该新型换能器与传统换能器一样可以将压电晶堆纵的振动转化为壳体的径向振动。     

超声换能器表面振动和声场测量及其与经典超声换能器的仿真比较

超声换能器广泛应用于声学测量,其工作性能主要取决于它的振动与声特征。然而,多数研究中的换能器被认为是经典的活塞或高斯型,经典与常用的真实换能器之间的差异容易被忽视。基于此,首先用激光测振和传声器测声方法测量了某厂家换能器产品的表面振动与声场特征。然后设计有限元方案,分别仿真经典与真实换能器的声场。最后从辐射面振速分布、声场声压和相关系数等方面,综合比较经典与真实超声换能器之间振动与声场的异同。结果表明,换能器间的辐射面振速分布差别明显,所研究的真实换能器的声场特征接近于活塞,而与高斯型差别较大。     

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。     

基于多普勒激光测振仪的Ⅲ型弯张换能器振动模态分析

为了测量和验证Ⅲ型弯张换能器在工作状态时辐射面的振动情况,采用多普勒激光测振仪对Ⅲ型弯张换能器的振动模态进行了测量,并与有限元软件仿真结果进行了对比。测量得到换能器壳体的一阶振动模态的谐振频率为1729 Hz,换能器一阶振动模态的谐振频率为2 065 Hz,与有限元模态仿真结果吻合较好。研究结果表明,多普勒激光测振仪能较好地对换能器的振动模态进行测量,可用于换能器的辅助设计。     

水中有限长纵向加肋圆柱壳体振动与声辐射影响因素研究

本文以水中有限长纵向加肋圆柱壳体为研究对象,推导了水中有限长纵向加肋圆柱壳体的声固耦合振动方程,其中纵向肋骨的作用表现为在基本圆柱壳体声固耦合振动方程中增加相应的附加阻抗,因此壳体的振动和声辐射由壳体机械阻抗、辐射阻抗和纵向肋骨附加阻抗决定。通过数值仿真算例对外力激励下有限长纵向加肋圆柱壳体振动与声辐射影响因素进行了研究。结果表明纵向加肋对水中圆柱壳体的辐射声功率影响不大,但壳体表面平均振动速度明显降低,而材料损耗因子对几乎所有频段内水中圆柱壳体的辐射声功率和表面平均振动速度都有明显抑制作用。     

多设备源激励下水中柱壳结构声振特性研究

研究多个设备振动激励下的水中有限长圆柱壳体振动与声辐射特性。基于薄壳理论,建立单频多个设备振动激励下水中有限长圆柱壳体的声振耦合方程,采用模态展开法推导出多源激励下壳体振动响应和辐射声功率的解析表达式,分析设备激励源数、激励形式及其组合方式等对壳体振动响应和辐射声功率的影响规律。研究表明:多设备振动激励作用下,施加的多点激励力间距越大,壳体结构振速响应和辐射声功率越低;沿周向施加线激励力,不易激起壳体振动与声辐射,而沿轴向施加的激励力越集中,所激起壳体的振动与声辐射越强;在激励力合力相同的条件下,增加激励力接触面积可有效隔声。研究结果可为水下航行体的振动噪声控制提供理论依据。     

一种带障板宽波束宽带纵振动换能器

介绍了一种带障板宽波束宽带纵振动换能器。通过将纵振动换能器的纵振动模态和前盖板弯曲振动模态有效耦合来达到拓宽换能器工作频带的目的;并提出利用反声障板边界结构大幅度增大发射波束宽度的方法。利用有限元软件分析了其在水中的特性。分析结果表明,通过纵弯模态耦合方式可有效拓宽换能器的频带宽度;通过障板在纵振动换能器中的应用可有效调节纵振动换能器的波束特性,从而实现宽波束的目的。实际制作该换能器并测试了其在不同情况下的性能,测试结果表明:有限元分析结果跟实验测量结果吻合。在9.5~18 kHz的频率范围内实现了发送电压响应起伏不超过3 dB的宽带工作;在11、12、13、14 kHz,实现了120°~160°的宽波束。