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外部驱动弯张换能器的CAD设计

刘永平  
【摘要】: 发射换能器设计的发展主要有三方面的推动力:对水声传播的广泛研究确立了低频应用于长距离探测的优势,新的驱动材料和结构材料的发展使得换能器在性能方面得到提高,计算机技术的应用。自从八十年代早期,低频大功率发射换能器已成为声纳应用的首选目标,其中,弯张换能器是应用得最普遍、最理想的低频、大功率换能器。但由于弯张换能器的最大的缺点是设计比较复杂,阻碍了弯张换能器的发展。近些年随着计算机技术的发展,有限元应用于弯张换能器设计已成为趋势。本文采用有限元软件ANSYS设计了外部驱动的弯张换能器。 本文在回顾近些年换能器技术发展状况的基础上,阐述了设计低频、大功率换能器的趋势和问题,并给出了解决方法。推导了使用有限元分析压电体和声学流体的基本理论公式。随后对有限元分析软件ANSYS及其应用于换能器设计进行了简介。在论文的设计部分,对外部驱动的弯张换能器的频率特性、辐射特性及阻抗特性进行了详细的计算,对结构尺寸进行了设计优化。指出了阻抗设计是外部驱动换能器的主要问题。 根据优化设计的结果,进行了静态应力分析和动态应力分析,确保了后续装配过程的安全性。通过ANSYS中的后处理功能,提取了所设计的换能器在空气中和水中的电声特性。 基于以上工作,我们制作了外部驱动弯张换能器的实验样机,对实验样机的电声特性进行了测量,并与计算结果进行了对比。最后对论文遗留的问题和今后的工作方向给予了总结和归纳。


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