一类功能梯度压电换能器径向振动的解析解及有限元仿真

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1、分类号：０３４单位代码３３５：１０密级；公开学号：２。２４０３８硕：ｔ学位论文戀一中文论文题目：类功能梯度压电换能器径向振动的解析解及有限元仿真英文论文题目：Ａｎａｎａｌｙｔｉｃａｌｓｏｌｕｔｉｏｎａｎｄｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔａｎａｌｙｓｉｓｏｆｒａｄｉａｌｖｉｂｒａｔｉｏｎｏｆａｋｉｎｄｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙｇｒａｄｅｄｐｉｅｚｏｅｌｅｃｔｒｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒｓ申请人姓名：罗大森指导教师；王惠明教授专业名称：航天王程研究方向：智能材料与结构弹性动力学

2、所在学院：航空航天学院论文提交日期２０１５年５月５日一类巧能税度压电换能器径向振动的解析解及有限元化真、乂论文作者签名：多為、指导教师签名；王圭喘论文评阅人１：王杰副教授浙江大学航空航天学院评阅人２；朱林利副教授浙江大学航空航天学院评阅人３；陈江巧教授宁波大学化械学院评阅人４＾评阅人５：答辩委员会主席：陶伟明教授浙江大学航空航天学院１委员：韦惠明教授浙江大学航巧航天学院委员２；钱劲教巧浙江大学航巧航天学院委员３；膝彬研究员浙江大学航空航天学院委员４；吴子良副教授浙江大学高分子科学与工程

3、学系委员５；２０１５年６月８日答辩日期：浙江大学硕±学位论文浙江大学研究生学位论文独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加１注和致谢的地方外＾标，论文中不包含其他人己经发表或撰写过的研究成江大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料一。与我果，也不包含为获得浙同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。－学位论文作者签名：义签字曰期：；〇１玄年月／Ａ曰学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解浙江大学有权保留并向国家有关部口

4、或机构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借闽。本人授权浙江大学可Ｌ义将学位论文的全Ｌ、部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可义采用影印缩巧或担描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：乂导师签《：／心王４明ｉｒ：〇日签字曰期：如签字曰期；，玄年＾月么年ｆ月公曰浙江大学硕±学位论文摘要巧要皮电材料Ｗ其特有的力电稱合效应已广泛应用于各类工程中，例如压电传感器，压电一］。变亞器＾１，高精度皮电微动平台＾及压电机器人等足电换能器是压电材料的个重要应用领域一种利用虚电

5、材料的正逆压电效应实现机械能与电能互换的能量转换。压电换能器是器件。它可Ｗ用于超声波检测、超声波测距、水下声学。压电换能器通常的Ｉ作频率是其谐振频率或反谐振频率，所Ｗ研究各因素对皮电换能器工作频率的影响可Ｗ有效指导高性能压电换能器的设计及优化。功能梯度一（ＦＧＭ）材料是种在梯度方向上材料属性按某种连续函数形式分布的新型一材料。由于材料属性连续变化，所Ｗ功能梯度材料拥有般复合材料所不具备的优势。将压电材料与功能梯度材料概念相结合可Ｗ得到功能梯度压电材料，为压电换能器的设计提供了新的思路。本文研究了的一类径向极化功能梯度皮电圆环形换能器径向振

6、动特性。这类功能梯度压电圆环形换能器中，，，除了泊松比Ｗ外其它的材料常数都设为径向位置的幕画数形式但材料密度的功能梯度指数与其它材料参数的功能梯度指数可不相同。运用皮电线性弹性理论，给出了这类功能梯度压电换能器在径向振动情形的通解，通过引入边界条件，给出谐振和反谐振频率方程。推导出了内外表面均为自由及内表面弹性支撑外表面自由两种边界条件下，功能梯度压电圆环自由振动的解析解。借助数值计算，、分析了Ｗ上两种情况下功能梯度皮电圆环的振动特性；１内外表面均为自由情况下，皮电圆环内外径比和功能梯度指数对功能梯度压电圆环一阶谐振和反谐振频率及有效机电

7、稱合系数的影响。２、内表面弹性支撑外表面自由情况下，内表面支撑的刚度对功能梯度一压电圆环阶谐振和反谐振频率及有效机电稱合系数的影响。运用ＡＮＳＹＳ有限元软件，分别对均匀材料和功能梯度材料两种类型径向极化压电圆环的径向振动进行了有限元仿真一。分别得到相应振动模态的位移云图及阶谐振及反谐振频率，，并与理论结果进行比较，两种方法得到的结果吻合地很好相互验证了结果的正确性和有效性。关键词：ＡＮＳＹＳ功能梯度材料，压电材料，换能器，解析解，，谐振频率，反谐振频率Ｉ浙江大学硕±学位论文ＡｂｓｔｒａｃｔＡｂｓｔ