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文件名称：谐响应分析理论-知识图谱研究进展综述
文件大小：255KB
文件格式：PDF
更新时间：2021-06-09 11:40:45
换能器
1.1 换能系统尺寸参数
换能系统建模中要用到的换能杆各部分尺寸
参数
[ 2]
设置如半截面图 3所示。
图 3 换能系统截面图
图 3各部件尺寸大小如表 1。
表 1 换能系统尺寸 ×10-3m
名称 尺寸值 名称 尺寸值
d bsteel 5.1 d capi 7.0
d pzt 14.28 r bsteel 6.72
d fsteel 5.1 r insteel 3.2
d mount 40.47 ri pzt 4.0
d taper 43.9 r mount 5.33
r dtaper 2.0
换能系统中用到的各种材料特性参数 、单元类
型如表 2。
表 2 材料参数
序号 组成部分 材料
单元
类型
密度 ρ/
(kg.m-3)
弹性模量
E/GPa
泊松比
1
预紧螺栓 、前后
盖板 、变幅杆
不锈钢 Solid45 7 930 226 0.28
2 压电陶瓷片 PZT-4 Solid5 7 700
3 键合工具 Al2O3 Solid45 4 000 393 0.27
1.2 ANSYS分析的建模过程
利用 ANSYS10.0软件建立换能系统有限元模
型 ,包括 4片 PZT压电陶瓷片 、前后盖板 、安装过渡
部分 、变幅杆及键合工具等部分。采用关键点生成
面 、网格划分面 、旋转扫掠生成体单元等方法建立
有限元模型 ,模型包含 19 716个单元及 38 905个节
点 。
2 谐响应分析
2.1 谐响应分析理论
谐响应分析用于确定线性结构在随时间以正
弦规律变化的载荷作用下的稳态响应 ,从而得到结
构部件的响应随频率变化的规律 。周期载荷作用
下的运动方程如下:
S[ M] X
..
+[ C] X
.
+[ K] {X}={F}sinθt。
式中:
[ C] —阻尼矩阵;{F}—简谐载荷的幅值向量;
θ—激振力的频率 。
位移响应为:
X = Asin(θt+φ)。
式中:
{A}—位移幅值向量 ,与结构固有频率 ω和载
荷频率 θ以及阻尼 [ C]有关;
φ—位移响应滞后激励载荷的相位角。
2.2 谐响应 ANSYS命令流
谐响应分析是用于确定换能器在承受随时间
按正弦规律变化的激励电压时的稳态响应 ,目的是
计算出换能器的动力响应 ,得到位移对频率的幅频
特性曲线及其它结果随频率变化的情况。对于谐
响应分析 ,峰值响应发生在激励电压频率和固有频
率相等时 ,只有当换能器的工作频率与其固有频率
相等时 ,换能器的端面才能达到最大位移。
本文采用完整的系统矩阵计算谐响应的分析
方法 ,其谐响应 ANSYS命令流为:
272910期 刘 炜 , 等:超声换能器 ANSYS建模及谐响应分析