开缝圆管换能器研究

论文摘要

众所周知,低频大功率发射换能器已经成为国内外研究的热点。但是常见的低频换能器存在体积大、重量重的缺点,给实际的应用带来很多的不便。因此,小尺寸化是目前低频大功率发射换能器亟待解决的问题。而开缝圆管换能器由于其开缝结构大大降低换能器的等效刚度,能在小尺寸下实现低频发射。本文对开缝圆管换能器进行了研究。首先,介绍了适用于开缝圆管换能器的理论分析方法,用振动理论法和瑞利法对开缝圆管换能器进行了理论分析。提出了一种壳体变截面开缝圆管换能器新结构,以期在保证壳体结构强度的前提下提高换能器发射功率然后,利用ANSYS有限元分析软件对壳体变截面开缝圆管换能器进行了仿真分析,研究了换能器各结构对换能器频率特性、阻抗特性、辐射特性的影响。提出了利用ANSYS接触分析功能分析换能器预应力,模拟分析了预应力施加过程中换能器的应力分布情况。最终根据分析结果对各结构参数进行仿真优化,设计出谐振频率为665Hz,最大发送电压响应126.1dB的开缝圆管换能器。最后,进行开缝圆管换能器的加工制作,对换能器进行了水中阻抗特性和发送电压响应测试。测试结果为：水中谐振频率为630Hz,最大发送电压响应122.2dB。测试结果表明,开缝圆管换能器可以在小尺寸下实现低频发射；ANSYS适用于开缝圆管换能器设计。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 水声换能器的低频大功率发展趋势
• 1.2 目前常用的低频发射换能器
• 1.2.1 利用液腔振动的换能器
• 1.2.2 利用弯曲振动的换能器
• 1.3 开缝圆管换能器
• 1.3.1 概述
• 1.3.2 优点
• 1.3.3 分类
• 1.3.4 应用
• 1.4 本文的工作内容
• 第2章 开缝圆管换能器的理论分析方法
• 2.1 开缝圆管换能器的主要分析方法
• 2.1.1 振动理论法
• 2.1.2 瑞利法
• 2.1.3 有限元法
• 2.2 ANSYS软件应用于开缝圆管换能器的设计
• 2.2.1 结构静力分析
• 2.2.2 模态分析
• 2.2.3 谐响应分析
• 2.2.4 耦合场分析
• 2.3 本章小结
• 第3章 开缝圆管换能器的有限元分析
• 3.1 开缝圆管换能器的设计思想
• 3.2 开缝圆管换能器模型基本结构
• 3.3 模态分析
• 3.4 空气中的性能分析
• 3.4.1 结构参数对谐振频率和谐振点电导值的影响
• 3.5 水中的性能分析
• 3.5.1 频率特性分析
• 3.5.2 阻抗特性分析
• 3.5.3 辐射特性分析
• 3.6 预应力施加过程的模拟分析
• 3.7 开缝圆管换能器虚拟样机的性能
• 3.8 本章小结
• 第4章 开缝圆管换能器的制作与测试
• 4.1 开缝圆管换能器的制作
• 4.2 开缝圆管换能器的测试系统与方法
• 4.3 开缝圆管换能器的测试结果与分析
• 4.3.1 阻抗特性的测试结果与分析
• 4.3.2 发送电压响应的测试结果与分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢