管-梁结合超宽带大功率弯张换能器研究

提出一种管-梁结合的新结构超宽带大功率弯张换能器，采用尺寸较大的压电陶瓷环叠合成管状压电陶瓷堆，激励凹桶梁弯张外壳，构成一种具有内腔辐射能力的空气背衬弯张换能器，这种新结构可有效增大体积位移实现大功率辐射；四个主要振动模式的谐振频率以及对体积位移的贡献可通过相对独立的结构参数进行调整，有利于最大限度地调整振动模式之间的耦合效果、设计各振动模式之间的振动输出比，实现超宽带工作特性。项目研究将建立复杂振动耦合系统的等效网络模型，把各个振动模和相互耦合用等效网络元件描述，通过振动辐射特性的有限元分析结果反演出等效网络元件参数与结构参数的数学对应关系，并用于设计换能器。优化设计换能器结构，分析模拟换能器的发射特性参数，研制换能器样品，实现超宽带大功率辐射特性：带宽2～12kHz、Q≤0.6、声源级大于190dB、带宽功率-质量比超过普通圆环换能器或凹桶型弯张换能器20％以上。

验证了所提出的管-梁结合的新结构超宽带大功率弯张换能器设计思路，该换能器采用了尺寸较大的压电陶瓷环叠合成管状压电陶瓷堆，激励凹桶梁弯张外壳，是一种具有内腔辐射能力的空气背衬弯张换能器；建立了换能器的等效电路模型，利用有限元方法和等效电路法分析了换能器的振动辐射特性，并对结构参数进行了优化。研究制作了凸型和凹型个换能器样机，实验结果表明该两种换能器具有宽带大功率效果。. 除上述工作外，还进行了其它相关研究。①研究制作了一种低频宽带大功率“星型”柱面发射换能器，由共享后质量块的6个复合棒换能器按“星型”方式组成柱面结构，其最大声源级可到199dB。②设计了一种双激励复合棒换能器和一种力激振器，为后续工作提供了基础。. 课题总计发表文章8篇，其中1篇SCI检索，1篇EI检索，2篇核心期刊，4篇国际会议论文。