夹心式压电换能器压电片端面应力分析与结构优化

摘要

针对预紧力作用下传统的夹心式压电换能器会出现压电片受力不均匀的问题,提出了一种由环形垫块与短圆柱组成的新型换能器后盖板结构设计方案.基于半空间表面受垂直集中力作用的Boussinesq结果,求取换能器后盖板端面中心小区域受力时的应力解,结果显示压电片端面中心区域应力最大、靠近边缘处应力最小,并利用Ansys仿真软件和实验验证了理论分析的结果;根据压电片的受力情况对后盖板的形状及尺寸进行优化,并修正了优化后模型的谐振频率;加工、装配了优化前、后的换能器并测试其阻抗特性,结果表明:经优化后的夹心式压电换能器能够在保证阻抗性能参数基本不变的情况下,明显改善压电片端面处应力分布不均匀的现象.