基于ANSYS的圆形压电振子的仿真分析与研究.pdf

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1、基于ANSYS的圆形压电振子的仿真分析与研究王隶梓长春工程学院机械学院长春130025摘要：利用ANSYS软件建立了压电振子的有限元模型，对圆形压电振子的基板和压电陶瓷片的材料参数、结构参数对其变形的影响进行了分析和对比，根据仿真结果，确定了作为泵腔动力元件的圆形压电振子的参数。对选定的圆形压电振子进行了静态特性、阻抗特性和幅频特性的实验测试，研究了不同波形、不同电压、不同频率驱动信号对振子变形的影响。通过对比实验测试结果和有限元仿真结果，验证了有限元模型的可靠性，为优化压电晶片驱动器结构参数提供了有效的方法。关键词：圆形压电振子；有限元；静态特性；阻抗特性；幅频特性中图分类号：T

2、M5文献标识码：A文章编号：1001—0785(2010)02—0055—05Abstract：UponestablishinganFEMmodelforpiezoelectricvibratorsusingANSYSsoftware，theessayanalyzestheimpactofthematerialandstructuralparametersofthecircularpiezoelectricvibrator'sbaseplate，aswellastheimpactofthoseofitspiezoelectricceramicplate，onitsdeformati

3、on，andstudieshowthevariationoftheseparameterswouldaffectthedeformation．Basedonthesimulationresultthusobtained，theessayfurtherdeterminesparametersforthecircularpiezo—electricvibrator，whichgoesontobeselectedasahydraulicpowercomponentinapumpchamber．Then，theessaycon—ductstestingontheselectedpiezoe

4、lectricvibratorforitsstatic，impedanceandamplitude—frequencycharacteristics，andstudiestheimpactofdifferentwaveforms，differentvoltagesanddifferentfrequencydrivesignalsonthevibrator'sdeforma·tion．ThroughcomparingtestresultsandFEMsimulationresults，theessayverifiestheFEMmodel’Sreliabilityandthereby

5、provesthemethoddiscussedhereinasaneffectivemethodforoptimizingthepiezoelectriccrystaldriver’Sstructuralparame—ters．Keywords：circularpiezoelectricvibrator；finiteelement；staticcharacteristics；impedancecharacteristics；ampli-tude一~equencycharacteristics目前世界上许多国家(如日本、美国、荷兰、器采用压电叠堆驱动器，阀体的阀芯由1个一端瑞典、瑞

6、士、英国、德国、新加坡、以色列等)都带有质量块的压电叠堆驱动。国内在这方面的研在进行主动阀压电泵的研制开发工作，美国加利究较少，本文运用ANSYS对主动阀压电泵进行设福尼亚大学洛杉矶分校2004年研制了主动阀压电计分析与研究。泵¨。该泵由1个直径13mm、长20mm的压电1理论分析及有限元模型的建立叠堆和2个压电单晶片盘式主动阀构成。压电叠堆带动其末端连接的隔膜上下振动，形成可变容圆形压电振子振动问题属于薄板的振动问题，积的腔体，便于流体传送。2000年，日本Seiko因此，先假设薄板是小挠度弯曲问题，再利用圆Instruments公司的JunShinohara和MasayukiS

7、uda形复合层薄板假设和压电相关知识进行推导。图1等人研制了基于压电片的常闭主动阀压电泵，为圆形压电振子理论分析简图。在建立其有限元该泵由硅底板、耐热玻璃底板、进出水管以及压模型时，仍将圆形压电振子分为2部分。位于中电陶瓷片构成。硅底板上有3个硅膜，2个面积较间的圆形压电复合层板由于是压电陶瓷片与金属小的用来作阀膜，另一个面积较大的作为泵膜驱基板的复合体，因此，它的分析为结构一电场耦动流体。东京科技大学Yosida和Watanabe等人在合分析；而环形金属基板的分析仅