功率超声换能器压电振子的径向谐振频率及声学特性分析

摘要

大功率超声换能器的研制是油井三次采油技术的关键,换能器的设计要求是工作性能稳定、发射功率大,然而换能器声压级和功率容量的高低依赖于压电振子的性能,本文重点讲述功率超声换能器压电振子的谐振频率及声学特性分析,对大功率超声换能器的研制和油田的三次采油具有重大意义。
　　首先,通过压电方程和运动方程,得到压电振子的径向谐振频率方程,通过计算压电振子径向谐振频率。
　　其次,根据不锈钢钢管和压电陶瓷圆管的热膨胀系数的差异,建立了复合型圆管的压电振子,推导出复合型压电圆管过盈量的理论公式,计算复合型压电振子过盈量的理论值。
　　再次,通过ANSYS软件分别对压电振子和复合型压电振子进行模态和谐响应分析,并且分析了压电振子径向谐振频率与尺寸的关系,又通过实验对压电振子进行测量,最终结合理论、仿真和实验进行比较和验证。
　　最后,通过对压电振子在水中的声学特性进行有限元仿真,分析压电振子在水中的径向谐振频率,并得到其导纳特性,声压级和最大功率容量。
　　综上:通过对功率超声换能器压电振子的径向谐振频率和声学特性分析,验证了大功率超声换能器的设计要求,同时为换能器的优化和设计提供了新思路。最终为油田的三次采油做出贡献。

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第1章 绪 论

1.1 课题的来源及本文研究背景和意义

1.2 大功率换能器的应用

1.3 国内外研究现状及发展前景

1.4 本文主要研究内容

1.5 本文的整体段落安排

第2章 压电振子的理论分析

2.1 压电振子基本理论

2.2 压电振子的四种压电方程

2.3 压电振子的振动方式的分类

2.4 压电振子的谐振特性

2.5 压电振子的导纳特性

2.6 本章小结

第3章 压电振子径向振动及复合圆管过盈量分析

3.1 压电振子的基本方程

3.2 贝塞尔函数的基础理论

3.3 用图像法求压电陶瓷振子的理论值

3.4 复合型压电圆管的过盈量分析

3.5 本章小结

第4章 压电振子的有限元分析

4.1 材料及几何尺寸属性的定义

4.2 模态分析

4.3谐响应分析

4.4 压电振子谐振频率与尺寸的关系

4.5 装配后压电振子的模态分析

4.6 复合圆管的应力分析

4.7 本章小结

第5章 压电振子在水中的声学特性分析

5.1 声辐射计算的数值方法

5.2 声压级与声强级

5.3 流固耦合场的有限元分析

5.4 用ANSYS分析压电振子的声学特性

5.5 本章小结

第6章 压电振子实验结果分析

6.1 实验的基本知识

6.2 压电振子参数的测定

6.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文及其他成果

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致谢