宽频带纵振水声换能器仿真分析及优化设计

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1、万方数据宽频带纵振水声换能器仿真分析及优化设计作者姓名：奎照领域名称．I扭越王墨指导教师：王塞垂副指导教师：王生熬论文提交日期：论文答辩日期．I授予学位日期·I入学时间：2Q12生竺旦研究方向：左堂塑盐皇剑造堇盔职称：夔握职称·I副巫塞虽至Q兰垒刍E量月2Q!垒生§旦2旦万方数据FEMANALYSISANDOPTIMALDESIGNOFBROADBANDLoNGITUDINALACoUSTICTRANSDUCERADissertationsubmittedinfulfillmentoftherequirementsofthedegreeofMASTERO

2、FENGINEERINGfromShandongUniversityofScienceandTechnologyLitengSupervisor：ProfessorWangSuyuCollegeofMechanicalandElectronicEngineeringMay2014万方数据声明本人呈交给山东科技大学的这篇工程硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定。工程硕士生签日期AFFIRMATIoNIdeclarethatthisdissertation，submi

3、ttedinfulfillmentoftherequirementsfortheawardofMasterofEngineeringinShandongUniversityofScienceandTechnology,iswhollymyownworkunlessreferencedofacknowledge．Thedocumenthasnotbeensubmittedforqualificationatanyotheracademicinstitute．Signature：Date：乓髓们毕‘‘7膳卵上磐烨：，纽够动万方数据出丕型堇盔堂王霆亟±堂焦建塞

4、煎噩摘要随着水声技术的不断发展，宽频带水声换能器在水声技术领域有着广泛的应用，且起到重要的作用。水声换能器的频带宽度直接影响声信号的波形和频谱，也决定了声信号传输的可靠性和传输速率，保密性。水声换能器的宽频带也可以提高整个收发换能器系统的增益，因此如何获得更宽带宽，依然是研究者不断研究的方向。本文主要研究了一种采用新型结构的空腔式前盖板的Tonpilz型水声换能器，其空腔式前盖板结构振动与换能器主体及液振腔振动模式耦合可产生多种模态，拓宽了原有整体式换能器的振动模态，利用多模态耦合的原理达到水声换能器更宽频带的目的。首先，研究了各种拓展纵向振动换能器带宽

5、的方法，总结出目前几种典型的拓展纵向振动水声换能器频带的方法，并详细论述了这些方法拓展频带的原理：其次，利用经典的计算方法和等效电路法对Tonpilz型水声换能器进行了理论分析；再次，利用有限元法对换能器进行分析，使用Abaqus、HyperMesh和ACTRAN软件设计Tonpilz型水声换能器的结构并研究结构形式和尺寸对换能器带宽的影响，根据分析结果对换能器结构形式和尺寸进行优化，达到拓展Tonpilz型水声换能器带宽的目的；最后，制作空腔式前盖板的Tonpilz型水声换能器，测量其阻抗特性，并与仿真分析结果进行对比。经ACTRAN软件仿真计算，在前

6、盖板中增加空腔可以增大低频率点的声压幅值；而设计的空腔式前盖板Tonpilz换能器的工作频率为22．60kHz一34．22kHz；在水中测得空腔式前盖板Tonpilz型水声换能器实物的工作频率为20。15kHz-34．01kHz，通过对比表明，有限元软件仿真结果和测试结果大体一致，可以为水声换能器的设计提供理论依据。关键词：宽频带；多模态耦合；空腔式前盖板；有限元法万方数据ABSTRACTWiththesteadilydevelopmentofunderwateracoustictechnology,thebroadbandacoustictransdu

7、ceriswidelyappliedandplaysanimportantroleinacoustictechnology．Thebandwidthofacoustictransducernotonlyhasinfluenceonthewaveformandspectrumofacousticsignal，butalsodeterminesitstransmissionreliability,confidentialityandrate．Inaddition，thebroadbandcanenhancethegainofthewholesendingan

8、dreceivingtransducersystem．Soitisstillth