第28卷第5期2009年l O 月声学技能Techni cal Acousti csV01．28．N o．5 Pt．2O ct．，20091导言压电圆管型换能器预应力理论剖析姚纪元，徐余，孙好广( 杭州使用声学研讨所，杭州，310012)Prestressanal ysi sofpi ezO el ectri c ri ngtransducersYAOJ i yuan, XUYu，SU NH ao- guang( H angzhouAppl i cati onAcousti cs Insti tute，ttangzhou，310012)圆管型换能器是一种水平无指向性的换能器，具有优异的深水功能，声功能方面具有大功率、宽带、灵敏度高级长处，结构上也具有尺度小、重量轻等特色，在水声范畴得到了广泛的使用。圆管型换能器能否具有大功率，要害冈素之一是在于发挥陶瓷的机械功能，因为陶瓷的抗压才能远大于抗拉才能，因而就需要给圆管施加一个径向压预应力，比方说在圆管的外面环绕一层预应力层，也可在外紧箍一金属管。本文将核算出环绕预应力层时所施加在圆管上的预应力的理论值，指出预应力的巨细和陶瓷半径以及预应力丝粗细的联系，以便能更好的辅导实践工程使用。选用预应力丝的方法施加的预应力较小，一般箍不超越IO M Pa，选用紧箍金属管的方法能够施加较大的预应力，通常是先将金属管升到必定温度，然后套在压电圆管振子外面，降到正常温度后，金属管便紧箍在换能器上。本文也将选用AN SYS有限元软件对此种方法来进行剖析，优化出适宜的温度和金属管的壁厚。2预应力核算用环绕机在压电圆管外面环绕一层预应力丝，比方玻璃丝、碳纤维丝等，假如顸应力丝严密摆放可近似认为是在外面加了一个预应力管，预应力管在内径处的切应力为环绕时拉紧预应力丝的应力，则切应力表明为：已=Fl (：rxRs2)作者简介：姚纪元( 1982) 。男，河北，汉，本科．助工．研讨方向为水卢换能器通讯作者：姚纪元，yaoyuanye@ 163．c鲫F为环绕机对预应力丝的拉力，忍为预应力丝的半径。假如假定在预应力丝和陶瓷圆管触摸面上的径向应力为PD，则对预应力管来说边界条件为内壁受静压力P0，外壁及两头受压力为零，那么预应力管的切应力珞和径向应力k随半径的改变可表明为：巧=寿川一％瓦=尚2r上式中舔为预应力管的内径，红为预应力管的外径。在％=％处的切应力等于环绕预应力丝时的拉应力％，由此能够核算出尸0值。在一个外径为西180ram ，内径力164ram 的陶瓷管外环绕一预应力丝，对预应力丝的拉力为250N ，则能够由以上的公式核算出施加在陶瓷圆管外的预应力约为6M Pa。对陶瓷圆管来说，外外表遭到静压力PD效果，内壁及两头受压力为零，陶瓷管径向应力丁r和切向应力死表明如下：z=一筹州÷ 2地=一筹× o+多武中口为陶瓷管内径，6为陶瓷管外径。核算成果如图1所示( 合应力成果) 。川+笃rD l ns勺3一n图1陶瓷管戍力随半径改变联系Fi g．1thechange ofpi ezoel ectri cSU eSS w i th radi us
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