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1-3型压电复合材料换能器研究

作　者: 张凯
导　师: 蓝宇
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: 1-3型压电复合材料水声换能器静压模式理论厚度模式理论有限元法
分类号: TB565.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 267次
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内容摘要

在声纳系统中,水声换能器是其重要的组成部分。而换能材料是水声换能器发展的关键。其中,1-3型压电复合材料是研究以及应用较为广泛的一种新型压电材料。1-3型压电复合材料水听器的工作带宽较宽、灵敏度高、重量低;1-3型压电复合材料发射器的工作带宽较宽、厚度模态纯净、发送电压响应较高。因此,1-3型压电复合材料广泛地应用于水声换能器之中。首先,利用经典的静压模式理论和有限元软件分析了各相材料参数(压电相材料参数、聚合物相材料参数)和结构参数(压电相体积百分数、压电小柱纵横比和压电复合材料的厚度)对1-3型压电复合材料水听器性能参数的影响。最终,经过对结构的优化,设计出谐振频率为186kHz,灵敏度为-192.5dB的水听器。其次,利用经典的厚度模式理论分析了各相材料参数(压电相材料参数、聚合物相材料参数)和结构参数(压电相体积百分数)对1-3型压电复合材料发射器性能的影响。然后利用有限元软件对1-3型压电复合材料发射器进行仿真优化,它在水中的谐振频率为323kHz,最大发送电压响应为181dB。最后,按照优化后的结构尺寸进行加工制作,并对水听器的接收灵敏度和发射器的阻抗特性、发射电压响应进行了测量,结果表明,利用1-3型压电复合材料制作的水听器灵敏度较高;同时利用1-3型压电复合材料制作的发射器工作带宽较宽,厚度振动模态纯净,并且证明了所用算法的有效性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-20
  1.1 引言  10-11
  1.2 压电复合材料  11-12
    1.2.1 概念  11
    1.2.2 连通性及其结构  11-12
  1.3 1-3型压电复合材料  12-19
    1.3.1 概念  12-13
    1.3.2 优点  13
    1.3.3 研究现状  13-16
    1.3.4 1-3型压电复合材料的制备  16-17
      1.3.4.1 排列-浇注法  16
      1.3.4.2 切模-浇注法  16-17
      1.3.4.3 注射成型法  17
    1.3.5 1-3型压电复合材料的应用  17-19
  1.4 论文主要研究内容  19-20
第2章 1-3型压电复合材料的基本理论  20-33
  2.1 压电复合材料的理论模型  20-21
    2.1.1 串联结构  20-21
    2.1.2 并联结构  21
  2.2 1-3型压电复合材料的理论模型  21-32
    2.2.1 周期理论模型  22-24
    2.2.2 均匀理论模型  24-31
    2.2.3 等应变理论模型  31-32
    2.2.4 有限元理论  32
  2.3 本章小结  32-33
第3章 1-3型压电复合材料水听器  33-48
  3.1 常用压电材料参数与水听器性能的关系  33
    3.1.1 静压灵敏度  33
    3.1.2 静压灵敏优值  33
  3.2 1-3型压电复合材料水听器的解析理论分析  33-38
  3.3 1-3型压电复合材料水听器的有限元分析  38-43
    3.3.1 建立有限元模型  38-39
    3.3.2 聚合物相材料参数对1-3型压电复合材料水听器的影响  39-41
    3.3.3 不同压电小柱纵横比对1-3型压电复合材料水听器的影响  41-43
  3.4 1-3型压电复合材料水听器的尺寸设计  43-47
    3.4.1 水听器设计公式  43-44
    3.4.2 水听器结构参数选取  44-45
    3.4.3 水听器的性能参数  45-47
  3.5 本章小结  47-48
第4章 1-3型压电复合材料发射器  48-57
  4.1 1-3型压电复合材料发射器的解析理论分析  48-52
  4.2 1-3型压电复合材料发射器的有限元分析  52-55
    4.2.1 有限元分析的理论基础  52
    4.2.2 建立有限元模型  52-53
    4.2.3 模态分析  53-54
    4.2.4 谐响应分析  54-55
  4.3 本章小结  55-57
第5章 1-3型压电复合材料换能器的制作与测试  57-66
  5.1 1-3型压电复合材料换能器的制作  57-59
    5.1.1 1-3型压电复合材料水听器的制作  57-58
    5.1.2 1-3型压电复合材料发射器的制作  58-59
  5.2 1-3型压电复合材料换能器的测试  59-65
    5.2.1 1-3型压电复合材料水听器的测试  59-62
    5.2.2 1-3型压电复合材料发射器的测试  62-65
  5.3 误差分析  65
  5.4 本章小结  65-66
结论  66-68
参考文献  68-73
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  73-74
致谢  74

1-3型压电复合材料换能器研究

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