夾心式彎振壓電換能器有效機電耦合系數(shù)的研究.pdf

1、壓電驅動器具有結構簡單緊湊、構型靈活、響應速度快、功率密度大、無電磁干擾和運動精度高等諸多優(yōu)點。但是,由于結構設計不合理、壓電材料布置等諸多因素的影響,目前用于驅動的壓電換能器的機電耦合效率較低。也就是說,有相當大的一部分能量并沒有真正轉化為壓電換能器的振動能用于驅動,而是在壓電換能器內部循環(huán),最終以熱量的形式耗散。有效機電耦合系數(shù)作為壓電換能器機電耦合效率的表征,對提高壓電換能器能量轉換效率具有重要的研究價值。但是,目前并沒有一套完善

2、的理論體系,使得壓電換能器的機電耦合效率有效提高。因此,對提高壓電換能器有效機電耦合效率的理論研究很有必要。本文正是基于上述研究背景,選擇夾心式彎振壓電換能器為研究對象,對換能器的有效機電耦合系數(shù)的理論模型進行研究。
　　本文將夾心式彎振壓電換能器簡化為等截面壓電金屬復合梁,基于Timoshenko梁理論和邊界條件理論,建立了壓電金屬復合梁的彎曲振動理論模型。本文給出了具體結構尺寸下,夾心換能器的前三階彎振模態(tài)的特征頻率及振型函數(shù)

3、曲線。通過建立換能器的有限元模型,進行模態(tài)分析,與理論分析結果進行對比。
　　在壓電金屬復合梁彎振模型的基礎上,對換能器的機械能、電能、機電耦合能進行求解,并結合換能器的機電等效圖原理,建立夾心式彎振壓電換能器的有效機電耦合系數(shù)的理論模型?；谠撃Ｐ?以有效機電耦合系數(shù)為目標函數(shù),利用單形替換法進行優(yōu)化設計,獲得了彎振換能器在一階彎振模態(tài)和二階彎振模態(tài)下,各部分軸向尺寸的優(yōu)化比例。
　　由于理論建模時進行了必要的簡化,本文建