功率超声换能器压电振子的径向谐振频率及声学特性分析

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1、工学硕士学位论文功率超声换能器压电振子的径向谐振频率及声学特性分析POWERULTRASONICTRANSDUCERTHERADIALRESONANCEFREQUENCYOFPIEZOELECTRICVIBRATORANDACOUSTICCHARACTERISTICSANALYSIS王强哈尔滨工业大学2013年7月国内图书分类号：TB552学校代码：10213国际图书分类号：534.2密级：公开工学硕士学位论文功率超声换能器压电振子的径向谐振频率及声学特性分析硕士研究生：王强导师：赵树山教授申请学位：工学硕士学科：固体力

2、学所在单位：航天学院答辩日期：2013年7月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TE349U.D.C:681.8DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringPOWERULTRASONICTRANSDUCERTHERADIALRESONANCEFREQUENCYOFPIEZOELECTRICVIBRATORANDACOUSTICCHARACTERISTICSANALYSISCandidate：WangQiangSupervisor：Prof.ZhaoShus

3、hanAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SolidMechanicsAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：July,2013Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学硕士学位论文摘要大功率超声换能器的研制是油井三次采油技术的关键，换能器的设计要求是工作性能稳定、发射功率大，然而换能器声压级和功率容量的高低依赖

4、于压电振子的性能，本文重点讲述功率超声换能器压电振子的谐振频率及声学特性分析，对大功率超声换能器的研制和油田的三次采油具有重大意义。首先，通过压电方程和运动方程，得到压电振子的径向谐振频率方程，通过计算压电振子径向谐振频率。其次，根据不锈钢钢管和压电陶瓷圆管的热膨胀系数的差异，建立了复合型圆管的压电振子，推导出复合型压电圆管过盈量的理论公式，计算复合型压电振子过盈量的理论值。再次，通过ANSYS软件分别对压电振子和复合型压电振子进行模态和谐响应分析，并且分析了压电振子径向谐振频率与尺寸的关系，又通过实验对压电振子进行测量

5、，最终结合理论、仿真和实验进行比较和验证。最后，通过对压电振子在水中的声学特性进行有限元仿真，分析压电振子在水中的径向谐振频率，并得到其导纳特性，声压级和最大功率容量。综上：通过对功率超声换能器压电振子的径向谐振频率和声学特性分析，验证了大功率超声换能器的设计要求，同时为换能器的优化和设计提供了新思路。最终为油田的三次采油做出贡献。关键词：压电振子；谐振频率；导纳特性；声压级；有限元I哈尔滨工业大学硕士学位论文AbstractThedevelopmentofhighpowerultrasonictransducerist

6、hekeyoftertiaryoilrecoverytechnology,thedesignofthetransducerisworkstableperformance,largetransmissionpower,however,transducerpowercapacityofsoundpressureleveldependsontheperformanceofthepiezoelectricvibrator,thepaperfocusesontheresonancefrequencyofthepowerultras

7、onictransducerpiezoelectricvibratorandacousticcharacteristicsanalysis,themanufactureofhighpowerultrasonictransducerandthefieldsoftertiaryoilrecoveryofgreatsignificance.Firstly，throughthepiezoelectricequationandmotionequation,gettheradialresonancefrequencyequation

8、ofpiezoelectricvibrator,bycalculatingradialresonancefrequencyofpiezoelectricvibrator.Secondly,accordingtothestainlesssteeltubeandthethermalexpansioncoefficient