IV型弯张换能器的数学建模

ＩＶ型弯张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了比较,符合较好。     

稀土IV型弯张换能器研究

IV型弯张换能器低频发射时具有尺寸小、重量轻的特点,是一种常用的水下低频大功率声源。稀土超磁致伸缩材料相较于压电陶瓷拥有更大的应变量和能量密度,并且杨氏模量较小,可以有效降低换能器谐振频率。利用稀土超磁致伸缩材料作为激励材料,设计了一种低频IV型弯张换能器,对其静态磁场和动态磁场进行了分析,构建出双棒式磁路,并使用有限元分析软件进行了换能器的结构建模与计算。根据计算结果制作了稀土IV型弯张换能器样机,测试结果表明所设计的换能器与仿真结果吻合较好,水中谐振频率为370 Hz,最大声源级为196 d B,能够实现低频、大功率发射。     

弯张换能器的有限元设计

IV型弯张换能器是水声领域中一类低频、大功率换能器，其理论分析通常采用有限元法。利用ANSYS软件建立了800Hz的IV型弯张换能器的有限元模型，进行结构分析与设计。根据分析的结果制作出样机，测试的结果与理论分析基本符合。     

弯张换能器的发展简史及展望

本文简要地回顾了弯张换能器的发展史,阐述了各型弯张换能器的结构特点,着重比较了实际中广泛应用的ＩＶ型和ＶⅡ型的不同之处,并从理论设计方法和驱动元件材料两方面,论述了现代弯张换能器的发展趋势。     

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。     

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。     

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。     

Ⅲ型弯张换能器的有限元设计及结果验证

本文利用有限元方法对Ⅲ型弯张换能器进行了建模分析。对换能器空气中的工作状态及参数进行了预报，并且将激光干涉技术引入到换能器的实际振动模态和谐振频率的测量中，对有限元设计的结果进行了较为全面的验证。     

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。     

欧米伽换能器振动辐射特性计算分析

对一种新型的弯张换能器即欧米伽换能器的辐射特性进行了有限元分析,并与钹式换能器进行对比。通过有限元计算,对相同体积的欧米伽换能器与钹式换能器的电导纳、发射电压响应级以及接收灵敏度级进行了对比,结果表明:欧米伽换能器的低频性能和第一谐振频率处的接收灵敏度要好于钹式换能器,而发射电压响应要低于钹式换能器,比钹式换能器更好地解决了小体积与低工作频率之间的矛盾,更宜实现基阵的小型化。舰船的机械噪声主要集中在500Hz以下,体积较小的欧米伽换能器非常适合作为侦察舰船活动的被动声纳基元。     

同振式矢量传感器设计方法的研究

对同振式矢量传感器的工作原理进行了分析,并在此基础上对同振式矢量传感器的结构设计进行了优化。分析了同振式矢量传感器整体平均密度籽和波尺寸ka与被测水质点振动速度v0之间的关系,得出了同振式矢量传感器的优化设计准则和声散射对同振式矢量传感器设计的影响,为同振式高频矢量传感器的研制提供了可参考依据。     

Heat transfer and thermal stress analysis in grooved tubes

Heat transfer and thermal stresses, induced by temperature differences in the internally grooved tubes of heat transfer equipment, have been analysed numerically. The analysis has been conducted for four different kinds of internally grooved tubes and three different mean inlet water velocities. Constant temperature was applied from the external surface of the tube. Energy and governing flow equations were solved using finite difference scheme. Finite element method (FEM) was used to compute the thermal stress fields. Grooving effects on the thermal stress ratio have been discussed. As a result, maximum thermal stress occurs in the case ofp =d for all water inlet velocities. The maximum thermal stress ratio positions inside the tube have been indicated as MX for all investigated cases. In the light of the thermal stress values, various designs can be applied to reduce thermal stress in grooved tubes.     

PIMNT单晶弯曲圆盘换能器设计

新型弛豫铁电单晶材料铌铟酸铅-铌镁酸铅-钛酸铅晶体(Pb(In_1/2Nb_1/2) O₃-Pb(Mg_1/3Nb_2/3) O₃-PbTiO₃, PIMNT)的压电系数是陶瓷材料的 6 倍以上,应变量高出压电陶瓷 10 倍以上,具有较高的机电耦合系数,压电性能优于传统 PZT 材料。文章将单晶材料应用于带空气腔的弯曲圆盘换能器中,利用 ANSYS 仿真软件优化换能器结构,确定换能器尺寸,设计制作 PIMNT 压电单晶换能器和PZT4压电陶瓷换能器,并进行了水池实验。换能器实测结果与仿真结果保持一致,单晶换能器的谐振频率为 2.85 kHz,最大发送电压响应为 136.3 dB。结果表明,相比于同尺寸的陶瓷换能器,将 PIMNT 压电单晶应用于弯曲圆盘换能器可降低谐振频率,提高发送电压响应,提升换能器的工作性能,为进一步改善单晶换能器综合性能提供参考。     

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。     

全光纤电流互感器检测系统的设计

介绍了全光纤电流互感器的工作原理,分析了系统光路输出信号的特点,由此提出了基于方波调制解调的数字相关检测方案,并阐述了其测量原理及实现方法。实验结果表明,系统分辨率小于1A,系统的比例因数在-40℃-60℃下变化小于0．5％。