论文摘要
为了开发性能更好的水声传感器和生物医学超声器件,人们试图寻找一种兼有陶瓷和聚合物两者优点,并能抑制各自缺点的新材料,从而开始了陶瓷-聚合物压电复合材料的研究。到20世纪末已相继研制成功1-3型、3-1型、3-2型、3-3型、0-3型、2-2型以及月牙和帽状结构的复合材料,其性能较压电陶瓷有大幅度提高。虽然各种压电复合材料的性能因其组成和连通结构不同,差异甚大,但它们都具有以下优点:1.声阻抗小,易于与水和生物组织匹配;2.机电耦合系数高,能有效地实现不同能量形式之间的转换;3.柔软,能方便地做成各种形状,尤其用于制作B超的凸阵探头时,加工特别方便;4.脉冲回波信号带宽宽,适于制作宽带换能器:5.dh·gh比PZT的高得多,非常适合制作水声器件。由压电陶瓷和高分子聚合物构成的复合材料,由于其声阻抗低,横向耦合弱,机电耦合强等优点,已应用于水声及医学超声中,且其应用日益广泛。在水声及医学超声应用中,换能器阵十分重要,2-2型压电复合材料对换能器阵的研究和应用有十分重要的价值。近年来一些研究工作者相继开展了这方面的研究工作。在超声及水声技术中,换能器主要工作于伸缩振动模式,产生径向伸缩振动的压电陶瓷圆盘和圆环是最常用的压电器件,它们既可作为压电陶瓷材料参数的标准测试振子,也可用作换能器的有源器件。如在功率超声及水声技术中常采用的夹心式纵向复合换能器能量转换元件,即为厚度极化的压电陶瓷圆环或圆盘。有限元作为一种广泛应用于解决实际问题的数值方法,将其引入压电复合材料研究中具有重要意义。本文的主要研究内容为:（1）分析了2-2圆柱型压电复合材料换能器的径向振动理论,推出了其具有多层结构时的等效电路,并用ANSYS有限元法对其两层结构进行了验证,结果显示用于分析2-2圆柱型压电复合材料换能器的径向振动的理论是正确的。（2）利用ANSYS有限元法分析了换能器尺寸和层数不变,PZT-4百分含量增加时对有效机电耦合系数、机械Qm值等各参数的影响以及换能器尺寸不变,PZT-4百分含量不变,而层数增加时对以上各参数的影响。有了以上的分析结果,就可以对压电复合材料换能器进行优化设计了。这对2-2型压电复合材料换能器的设计具有重要的实用价值。
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标签：型压电复合材料压电换能器论文; 理论模型论文; 径向振动论文; 有限元论文;