压电陶瓷复合换能器固有频率的有限差分法

摘要

为丰富换能器固有频率的研究理论,以及提供一种新的计算方法供工程人员选择,提出了计算其固有频率的有限差分法.以由径向极化的压电陶瓷圆管与金属预应力管沿径向复合而成的二元压电陶瓷复合换能器为例,建立并推导了径向振动的数学模型及其有限差分形式,给出了换能器径向振动的特征方程.利用数值仿真软件对计算实例的径向振动的固有频率进行编程计算,理论计算结果与已有实验结果符合很好,验证了有限差分法计算压电陶瓷复合换能器固有频率的可行性及准确性.通过仿真计算,给出了换能器径向振动固有频率与其结构尺寸的影响关系:换能器径向振动的固有频率随压电陶瓷圆管内径的增大而降低,随换能器壁厚比的增大而降低.该文所建立的换能器径向振动固有频率的有限差分法同样适用于结构形式相近的换能器及其他元器件.