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基于VII型弯张的双活塞辐射型换能器研究

作　者: 辛凤歌
导　师: 蓝宇
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 声学
关键词: Ⅶ型弯张换能器宽带有限元法多模态耦合
分类号: TB565.1
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 14次
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内容摘要

随着减振降噪技术及水声通讯技术的发展，近年来低频宽带发射换能器成为各国学者研究的重点。弯张换能器通常具有低频、大功率、小尺寸等特点，但其机械品质因数较高不易实现宽带，这使其在应用上受到了一定的限制。本文提出一种基于Ⅶ型弯张的双活塞辐射型换能器，运用弯张壳体一阶弯曲振动驱动的活塞振动模态与辐射面一阶弯曲振动模态耦合达到宽带性能，实现了弯张换能器的工作频段拓展。应用ANSYS有限元软件对基于Ⅶ型弯张的双活塞辐射型换能器进行了研究，首先建立了换能器自身与其在水中的有限元模型，研究了基于Ⅶ型弯张的双活塞辐射型换能器的主要振动模态及特征，然后分析换能器的频率特性、导纳特性和声辐射特性，最后优化了换能器的结构尺寸，设计出的基于Ⅶ型弯张的双活塞辐射型换能器虚拟样机在820Hz-2200Hz频率范围内,最大发送电压响应134.1dB，起伏为6.6dB，垂直方向上无指向性,水平方向上,具有一定的指向特性,且频率越高指向特性越明显。依据仿真计算提供的尺寸参数制作了基于Ⅶ型弯张的双活塞辐射型换能器样机并进行了水池测试。实验测试得到，换能器样机在850Hz-2100Hz的频率范围内，发送电压响应最大值为133.4dB，起伏为9.9dB，实验测试结果与ANSYS有限元软件仿真结果基本吻合。结果表明，换能器圆面活塞的引入带来了活塞辐射面弯曲振动模态，可以利用多模态耦合的方法实现换能器的宽带特性。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-9
第1章绪论  9-17
  1.1 引言  9
  1.2 水声换能器的发展方向  9-10
    1.2.1 低频大功率发射换能器  9-10
    1.2.2 宽频带发射换能器  10
  1.3 弯张换能器  10-15
    1.3.1 弯张换能器历史及分类  11-12
    1.3.2 宽频带弯张换能器  12-15
  1.4 本文研究内容  15-17
第2章弯张换能器的分析方法  17-20
  2.1 弯张换能器的主要分析方法  17-18
    2.1.1 振动理论法  17
    2.1.2 等效电路法  17
    2.1.3 瑞利法  17-18
    2.1.4 有限元法  18
    2.1.5 有限元与边界元耦合法  18
  2.2 多模态耦合拓宽换能器频带的基本原理  18-19
  2.3 本章小结  19-20
第3章基于Ⅶ型弯张的双活塞辐射型换能器设计与分析  20-46
  3.1 设计思路  20-21
  3.2 设计思路的有限元分析验证  21-26
    3.2.1 基于Ⅶ型弯张的双活塞辐射型换能器的有限元模型  21-22
    3.2.2 基于Ⅶ型弯张的双活塞辐射型换能器的模态分析  22-24
    3.2.3 基于Ⅶ型弯张的双活塞辐射型换能器的谐响应分析  24-26
  3.3 换能器的结构尺寸对换能器主要性能的影响  26-38
    3.3.1 结构尺寸参数对振动频率特性的影响  26-29
    3.3.2 结构尺寸对导纳特性的影响  29-32
    3.3.3 结构尺寸对辐射特性的影响  32-38
  3.4 基于Ⅶ型弯张的双活塞辐射型换能器的静力分析  38-41
    3.4.1 施加预应力过程分析  38-40
    3.4.2 耐静水压分析  40-41
  3.5 基于Ⅶ型弯张的双活塞辐射型换能器虚拟样机的性能  41-45
    3.5.1 虚拟样机的主要振动模态  41-42
    3.5.2 虚拟样机的电声性能  42-45
  3.6 本章小结  45-46
第4章基于Ⅶ型弯张的双活塞辐射型换能器的制作测试  46-53
  4.1 基于Ⅶ型弯张的双活塞辐射型换能器样机的制作  46-47
  4.2 测试系统及过程  47-48
  4.3 测试结果与分析  48-52
  4.4 本章小结  52-53
结论  53-54
参考文献  54-58
致谢  58

基于VII型弯张的双活塞辐射型换能器研究

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