一類(lèi)功能梯度壓電換能器徑向振動(dòng)的解析解及有限元仿真.pdf

1、壓電材料以其特有的力電耦合效應(yīng)已廣泛應(yīng)用于各類(lèi)工程中，例如壓電傳感器，壓電變壓器，高精度壓電微動(dòng)平臺(tái)以及壓電機(jī)器人等。壓電換能器是壓電材料的一個(gè)重要應(yīng)用領(lǐng)域。壓電換能器是一種利用壓電材料的正逆壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)機(jī)械能與電能互換的能量轉(zhuǎn)換器件。它可以用于超聲波檢測(cè)、超聲波測(cè)距、水下聲學(xué)。壓電換能器通常的工作頻率是其諧振頻率或反諧振頻率，所以研究各因素對(duì)壓電換能器工作頻率的影響可以有效指導(dǎo)高性能壓電換能器的設(shè)計(jì)及優(yōu)化。
　　功能梯度(FGM

2、)材料是一種在梯度方向上材料屬性按某種連續(xù)函數(shù)形式分布的新型材料。由于材料屬性連續(xù)變化，所以功能梯度材料擁有一般復(fù)合材料所不具備的優(yōu)勢(shì)。將壓電材料與功能梯度材料概念相結(jié)合可以得到功能梯度壓電材料，為壓電換能器的設(shè)計(jì)提供了新的思路。
　　本文研究了的一類(lèi)徑向極化功能梯度壓電圓環(huán)形換能器徑向振動(dòng)特性。這類(lèi)功能梯度壓電圓環(huán)形換能器中，除了泊松比以外，其它的材料常數(shù)都設(shè)為徑向位置的冪函數(shù)形式，但材料密度的功能梯度指數(shù)與其它材料參數(shù)的功能梯

3、度指數(shù)可不相同。
　　運(yùn)用壓電線性彈性理論，給出了這類(lèi)功能梯度壓電換能器在徑向振動(dòng)情形的通解，通過(guò)引入邊界條件，給出諧振和反諧振頻率方程。推導(dǎo)出了內(nèi)外表面均為自由及內(nèi)表面彈性支撐外表面自由兩種邊界條件下，功能梯度壓電圓環(huán)自由振動(dòng)的解析解。借助數(shù)值計(jì)算，分析了以上兩種情況下功能梯度壓電圓環(huán)的振動(dòng)特性:1、內(nèi)外表面均為自由情況下，壓電圓環(huán)內(nèi)外徑比和功能梯度指數(shù)對(duì)功能梯度壓電圓環(huán)一階諧振和反諧振頻率及有效機(jī)電耦合系數(shù)的影響。2、內(nèi)表面彈