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更新時(shí)間：2024.12.28
基于ANSYS的壓電陶瓷晶片PZT仿真分析

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電力支柱瓷絕緣子超聲波檢測(cè)對(duì)預(yù)防和檢測(cè)絕緣子裂紋和斷裂起到重要作用,換能器是超聲波檢測(cè)的基礎(chǔ)元件,而換能器的核心部件是壓電陶瓷晶片,其性能直接影響到檢測(cè)結(jié)果。該文研究針對(duì)有限元法和傳統(tǒng)解析法在壓電陶瓷晶片特性分析中的不足,采用ANSYS有限元分析軟件對(duì)壓電陶瓷鋯鈦酸鋁(PZT)晶片進(jìn)行特性分析,基于ANSYS的電-結(jié)構(gòu)耦合場(chǎng)模型,對(duì)超聲波換能器的矩形壓電晶片進(jìn)行靜態(tài)、模態(tài)、諧響應(yīng)和瞬態(tài)分析。通過模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析可得到晶片的一階縱向振動(dòng)和二階彎曲振動(dòng)的固有頻率、振型及頻率位移響應(yīng)及影響因素等信息,研究結(jié)果對(duì)提高超聲輻射功率及超聲換能器的性能有一定的理論指導(dǎo)和工程應(yīng)用價(jià)值。

壓電陶瓷片的原理及特性 (2)

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壓電陶瓷片的原理及特性 壓電效應(yīng)具有可逆性： 若在壓電陶瓷片上施以音頻電壓， 就能產(chǎn)生機(jī)械振動(dòng)， 發(fā) 出聲響；反之，壓電陶瓷片受到機(jī)械振動(dòng) (或壓力 )時(shí)，片上就產(chǎn)生一定數(shù)量的電 荷 Q，從電極上可輸出電壓信號(hào)。 目前比較常見的鍺鈦酸鉛壓電陶瓷片 (PZT)，是用鋯、鈦、鉛的氧化物配制 后燒結(jié)而成的。鑒于人耳對(duì)頻率約為 3kHz 的音響最敏感，所以通常將壓電陶瓷 片的諧振頻率 f0 設(shè)計(jì)在 3kHz 左右。考慮到在低頻下工作，僅用一片壓電陶瓷 片難以滿足頻率要求， —般采用雙膜片結(jié)構(gòu)， 其外形與符號(hào)如圖 1所示。它是把 直徑為 d 的壓電陶瓷片與直徑為 D 的金屬振動(dòng)片復(fù)合而成的。 D一般為 15~40mm ，復(fù)合振動(dòng)片的總厚度為 h。 當(dāng)壓電材料 —定時(shí)，諧振頻率與 h 成正比，與 (D/2)2 成反比。諧振頻率 fo 與復(fù)合振動(dòng)片的直徑 D 呈指數(shù)關(guān)系，如圖 2(a)所示。顯然 D愈大

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