数字制造科学与技术前沿研究丛书 压电换能器设计原理 作者:王德石,张恺 著出版时间: 2016年版内容简介 《数字制造科学与技术前沿研究丛书:压电换能器设计原理》在介绍压电材料与压电方程等基本知识的基础上,以声呐阵元、钹式换能器的结构分析与设计为典型案例,论述了压电换能器振动等效机电模型与有限元模型的建立与分析方法,并介绍了压电超声马达、压电变压器、振动能量收集器等压电换能器设计原理。《数字制造科学与技术前沿研究丛书:压电换能器设计原理》可供从事机械动力学、力学与控制、微机电系统、声呐等领域的工程设计人员、相关领域科研院所的科研人员与大专院校的高年级学生、研究生参考阅读。目录1 压电材料与压电效应1.1 压电材料1.1.1 压电单晶材料1.1.2 压电陶瓷1.1.3 压电高分子聚合物1.1.4 弛豫型铁电材料1.1.5 压电复合材料1.2 压电材料的重要参数1.2.1 机电耦合系数1.2.2 介质损耗因子和电学品质因数1.2.3 机械损耗因子和机械品质因数1.2.4 频率常数1.2.5 老化1.2.6 温度稳定性和居里点1.2.7 电退极化1.2.8 额定动态抗张强度1.2.9 高静态应力对材料性能的影响1.3 压电方程1.3.1 压电方程的推导1.3.2 电弹常数的物理意义1.3.3 压电晶体常数之间的关系1.3.4 压电振子的四类边界条件1.3.5 各种压电晶体的常数矩阵1.3.6 压电陶瓷的机电耦合系数与品质因数讨论1.4 压电振子的振动模式参考文献2 压电陶瓷典型振动模式的等效电路2.1 机电类比2.1.1 机械系统和电路的元件2.1.2 单自由度机械系统和单电回路的运动方程式2.1.3 振动稳态解各量之间关系的类比2.2 典型的机电等效模型2.2.1 压电陶瓷薄圆环的径向对称模式2.2.2 电场垂直于长度方向的长度伸缩模式2.2.3 电场平行于波传播方向的厚度剪切模式2.2.4 电场平行于波传播方向的厚度伸缩模式2.2.5 电场平行于长度方向的长度伸缩模式2.2.6 薄圆片的径向振动模式参考文献3 Tonpilz压电换能器机电等效模型3.1 级联理论3.2 p个晶片级联组合系统的机电等效图3.3 前后盖板的机电等效图3.4 Tonpilz压电换能器的机电等效图3.5 频率方程参考文献4 弯张压电换能器的结构设计与发展4.1 弯张换能器的结构发展4.2 钹式换能器的发展与制作工艺4.2.1 钹式换能器的研究现状与发展4.2.2 钹式换能器的制作工艺4.3 弯张换能器的典型应用4.4 弯张换能器的设计与分析方法参考文献5 钹式换能器的有限元分析5.1 ANSYS软件分析方法及过程5.1.1 基本理论5.1.2 物理实体模型5.1.3 有限元离散模型5.1.4 设定问题类型并求解5.1.5 提取结果数据,获得特性参数5.2 钹式换能器基本电声性能分析5.2.1 共振频率5.2.2 振动模态5.2.3 电导纳特性5.2.4 发射响应和接收灵敏度5.2.5 指向性5.3 材料参数对换能器性能的影响规律5.3.1 压电材料对性能的影响5.3.2 金属材料对性能的影响5.4 加电方式对换能器性能的影响5.5 结构参数对性能的影响规律5.5.1 总体尺寸对性能的影响5.5.2 径向尺寸对性能的影响5.5.3 PZT厚度对性能的影响5.5.4 黄铜片厚度对性能的影响5.5.5 空腔厚度对性能的影响参考文献6 欧米伽型弯张压电换能器6.1 欧米伽换能器的结构与能量表达式6.1.1 欧米伽换能器的结构6.1.2 圆锥薄壳的能量表达式6.1.3 金属圆环、顶部金属圆片及陶瓷圆片的能量表达式6.2 欧米伽换能器谐振频率的Rayleigh-Ritz解法6.2.1 位移振型函数6.2.2 几何边界条件6.2.3 谐振频率和位移振型函数待定系数的求解6.3 理论推广与实验对比6.4 欧米伽换能器的有限元分析6.4.1 空腔顶部半径对性能的影响6.4.2 空腔高度对性能的影响6.4.3 空腔底部半径对性能的影响6.4.4 陶瓷片厚度对性能的影响6.4.5 金属端帽厚度对性能的影响6.5 与钹式换能器的对比6.5.1 有限元模型6.5.2 导纳特性对比6.5.3 发射与接收响应对比参考文献7 压电超声马达7.1 工作原理、分类和特点7.1.1 驻波的形成7.1.2 行波的形成7.1.3 压电马达的性能特点7.2 几种典型的压电马达7.2.1 直线型行波压电马达7.2.2 环形行波压电马达7.2.3 多模态复合驻波型压电马达7.3 压电马达的其他应用7.3.1 精密机械7.3.2 微机电系统7.3.3 航空航天7.4 压电马达的研究方向7.4.1 基础理论与建模7.4.2 功能材料7.4.3 驱动与控制技术参考文献8 压电变压器8.1 压电变压器的应用与发展8.2 压电变压器工作原理8.3 压电变压器的分类8.3.1 厚度振动模式压电变压器8.3.2 径向振动模式压电变压器8.3.3 剪切振动模式压电变压器8.4 等效电路及机电特性参考文献9 压电能量收集器9.1 基于机电转换的能量收集技术9.2 压电俘能结构的构成9.2.1 压电材料9.2.2 压电振子振动模式9.2.3 其他结构形式9.3 能量收集和存储电路9.3.1 能量收集接口电路9.3.2 能量收集存储技术9.4 压电悬臂梁发电结构的理论模型9.4.1 压电单晶片(Unimorph)悬臂梁结构动力学模型9.4.2 压电双晶片(Bimorph)悬臂梁结构动力学模型9.4.3 压电单晶片悬臂梁的数值分析参考文献 上一篇: 几何精度规范学 陈强华,何永熹 主编 2015年版 下一篇: 数字制造科学与技术前沿研究丛书 数字制造信息学 陈德军 著 2018年版