基于多物理場耦合的夾心式壓電換能器優化設計
摘要：針對傳統解析法在壓電換能器設計中存在適用范圍窄、計算繁瑣以及結果不精確等缺點,提出了基于Comsol的換能器優化設計。為得到夾心式壓電換能器的初步尺寸,筆者基于一維細棒振動和Mason等效電路理論得到了換能器的頻率方程和前后振速比公式;結合實際工況選定材料后利用1st Opt對前蓋板的隱函數進行求解,設計了換能器的結構參數;基于Comsol Multiphysics的壓電耦合模塊對設計的換能器進行動力學仿真研究,得到了換能器的特征頻率、相應振型以及正反諧振頻率、基頻頻率和最高電導值,從而獲得了換能器的節面高度、品質因數以及動態電阻等參數。模擬結果得出換能器相應參數與設計值有一定誤差,可利用Comsol優化模塊對前后蓋板尺寸進行修正。結果表明改進后的換能器頻率與設計值誤差為0.067%,且節面位于陶瓷晶堆中間位置。該方法可以有效提高換能器的使用性能和縮短研制周期,對壓電換能器的優化設計有一定的參考意義。
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