舆论摘要：大尺寸压电超声换能器的个性接洽及有限元仿真

压电超声换能器普遍的运用于水声及功率超声本领中。按照保守的一维安排表面，夹心超声换能器做一维振荡而泊松效力和径向振荡被忽视掉。所以，一维表面下必需要求换能器的径向尺寸远小于其纵向尺寸。普遍来说，当径向尺寸小于介质中传递的波的四分之一射程时，运用一维表面安排的换能器其共振频次表面与丈量间的缺点不妨忽视。但是，跟着超声本领的连接兴盛，超声换能器越来越普遍的运用于少许新范围，如高频超声非金属和塑料焊接及少许须要大功率、大声强的超声范围。在那些情景下，换能器的径向尺寸较大，常常大于纵波射程的四分之一。所以夹心换能器的一维安排表面将不复实用，要不将会展示较大缺点。简直的讲，一维表面不复实用安排以次两种夹心压电超声换能器：（1）运用于超声非金属焊接等上面的高频夹心超声换能器。当换能器的共振频次减少时，其纵波射程及纵向尺寸相映减小，按照一维纵振荡表面中的假如，此时换能器的径向尺寸必需相映减小，如许换能器的横截面就很小而且板滞强度和功率含量也会很小。为普及换能器的板滞强度和功率含量，高频夹心换能器的径向尺寸必需增大，如许为缩小安排缺点，换能器的径向振荡必需加以商量。（2）大功率夹心超声换能器。在少许新的超声运用范围如超声非金属和塑料焊接，须要很大功率的超声，所以该类换能器的径向尺寸常常会胜过纵波射程的四分之一，所以一维安排表面不复实用。在之上提到的两种情景中，换能器的振荡本质上是一种径向振荡和纵向振荡的啮合情势，所以为接洽大横截面或高频换能器的啮合振荡必需兴盛一种新的安排表面。对于夹心式压电超声换能器啮合振荡，不少鸿儒曾用数值本领对其频次个性和振荡模态举行了接洽。一切数值本领中有限元法远景最为宏大。此刻少许贸易软硬件如ANSYS对于该类振荡体例的领会特殊简单。然而纵然数值本领普遍的运用于工程安排题目中，那些本领的接洽进程却十分烦琐，其得出的截止也不如一维表面的截止的物理意旨那么鲜明。正文重要发展了如次两上面的接洽实质：（1）鉴于表观弹性法对大尺寸压电超声换能器的组件如前后盖板，压电陶瓷堆、变幅杆等逐一举行振荡个性领会，辨别获得商量纵径啮合时的频次方程表白式，引入啮合系数这一致念，商量各别纵径比时啮合水平的强弱，比起传一致维换能器安排表面正文的论断很好的适合了有限元仿真值和试验丈量值。论断还表露，鉴于大尺寸换能器较为激烈的径向振荡模态，还不妨安排出一种新式的多频或复频换能器。（2）沿用有限元软硬件ANSYS对安排的一组大尺寸压电夹心换能器举行模态领会及谐相应领会，获得了换能器的纵振共振频次和反对共产党振频次，索取了表白换能器本能的频响弧线，如Y-F弧线，G/B-F弧线，评介了正文表面对透彻计划大尺寸夹心换能器共振频次的矫正效率。