学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

用于超声诊断换能器中1-3型压电复合材料的有限元研究

作　者: 杨林枝
导　师: 李全禄
学　校: 陕西师范大学
专　业: 声学
关键词: 超声诊断超声成像超声换能器 1-3型压电复合材料 ANSYS分析
分类号: TB552
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 80次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

在科学技术高速发展的今天,医学界医学技术水平也得到了迅猛发展,并且推动了超声诊断在医学领域中占有了非常重要的地位,但是科学技术并没有停止发展的脚步,依旧向着更广泛的空间延伸,更高技术层次发展着。超声医学的发展,可以为医生提供更精确、更直观的病理信息,更容易做出准确诊断,提高医学技术。在超声诊断设备中,超声换能器所发挥的作用是使声信号——电信号、电信号——声信号相互转换,其应用原理为换能器材料的压电效应与逆压电效应。压电材料的研究已经发展到压电复合材料,由两相结构组成,主要代表有1-3型压电复合材料,它能满足超声诊断换能器宽带、窄脉冲、高频率,高灵敏度要求,可设计性强,研究理论也较为成熟,并在应用中相应的取得了一定的成果。压电陶瓷虽然压电性能好,但硬度高,易碎,制作工艺复杂,不能承受过大的机械冲击力。压电聚合物免去了上述压电陶瓷缺陷,其柔软性强,可以制备成各种所需形状,但是其压电系数和机电耦合系数却没有压电陶瓷高,并且机械损耗也很大,这就激发了人们寻找新型材料的兴趣,并且发现了将这两种材料按一定的方式混合制备成复合材料,不仅能够克服这两种材料的缺点,还继承了它们的优点,因此成为现在压电材料的研究重点。本篇论文研究的1-3型压电复合材料组成材料主要为铁电陶瓷和高分子聚合物,其结构为铁电陶瓷以一维自连的方式排列于三维自连的高分子聚合物中。对1-3型压电复合材料的性能影响因素主要有以下几点：制备工艺的选择,材料的选择,几何形状的确定,各成分所占体积比例,质量比例,各成分的形状等等。其性能研究方法很多,最直接的方法为实验法,即制备成品测试结果。这种方法有一定的局限性,需要做大量反复试验,从而总结试验规律,这在实际操作过程中,可能会由于实验条件诸多因素影响实验效果,使得所获规律不一定就正确,而且,耗时也较多。这就需要寻找新方法来研究,有限元法可以克服这些缺点,它可以把材料性能设置为参数形式,通过实体建模进行分析,从而总结影响规律,不仅能为实验提供理论依据,也为压电材料的几何参数,聚合物的杨氏模量、泊松比的选择等提供一个方向,减少试验次数与时间。本课题主要研究在超声医学应用中的换能器材料的影响因素,分为五章内容：(1)第1章为绪论部分,主要是介绍一下课题的研究背景与研究现状,提出1-3型压电复合材料的结构与性能参数。(2)第2章主要是超声诊断的结构及组成,并着重介绍了其核心部分,为后文研究材料做铺垫。(3)第3章承接第二章的内容介绍了换能器材料的研究情况,对1-3型压电复合材料的分析方法进行总结,提出了本文的有限元分析方法。(4)第4章根据有限元法对所研究的材料进行了分析,并得出了结果。(5)第5章对所做的研究结果进行了分析,并对以后的研究做了展望。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-9
第1章绪论  9-17
  1.1 课题研究背景  9-11
  1.2 课题研究现状  11-14
  1.3 课题研究目的  14-16
    1.3.1 压电陶瓷柱的排列方式  14-15
    1.3.2 1-3 型压电复合材料性能参数  15-16
  1.4 本章小结  16-17
第2章超声诊断系统的介绍  17-23
  2.1 超声诊断的发展  17-19
  2.2 超声诊断系统的结构及组成部分  19-20
  2.3 超声诊断设备的核心  20
  2.4 本章小结  20-23
第3章 1-3型压电复合材料  23-35
  3.1 用于超声诊断换能器的压电材料研究进展  23-24
  3.2 压电复合材料  24-28
    3.2.1 压电复合材料的成分  24-25
    3.2.2 压电陶瓷相的制备  25-28
  3.3 1-3 型压电复合材料的制备方法  28-31
  3.4 分析方法  31-34
  3.5 本章小结  34-35
第4章 1-3型压电复合材料的有限元研究  35-55
  4.1 有限元介绍  35-38
    4.1.1 有限元的基本背景  35-36
    4.1.2 有限元的研究步骤  36-38
  4.2 ANSYS简单介绍  38
    4.2.1 ANSYS的应用概况  38
    4.2.2 ANSYS分析步骤  38
    4.2.3 ANSYS有限元分析类型  38
  4.3 压电分析的介绍  38-41
  4.4 Solid5单元介绍  41-42
  4.5 超声诊断应用中1-3型压电复合材料的有限元研究  42-52
    4.5.1 有限元模型的建立  42-44
    4.5.2 PZT5H体积含量对1-3型压电复合材料的影响  44-46
    4.5.3 不同压电陶瓷对1-3型压电复合材料性能的影响  46-50
    4.5.4 聚合物对1-3型压电复合材料的影响  50-52
  4.6 本章小结  52-55
第5章结论与展望  55-57
参考文献  57-61
致谢  61-63
攻读硕士学位研究成果  63

用于超声诊断换能器中1-3型压电复合材料的有限元研究

内容摘要

全文目录

相似论文