發(fā)布時(shí)間：2020-11-06 14:38

　　 城市供水管網(wǎng)作為城市生命線的重要組成部分,發(fā)生泄露不僅會(huì)造成大量的經(jīng)濟(jì)損失,還會(huì)引發(fā)地面塌陷等一系列問題,危害人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。因此對供水管網(wǎng)的泄漏進(jìn)行檢測和定位至關(guān)重要。漏失檢測球因其使用方便,不會(huì)損壞管道等優(yōu)點(diǎn)而被應(yīng)用于供水管網(wǎng)檢測。超聲波作為漏失檢測球的核心部分,對球在管道的跟蹤定位及泄漏點(diǎn)的誤差修訂起到至關(guān)重要作用。本文從減小能量損失、提高有效機(jī)電耦合系數(shù)的角度出發(fā),考慮壓電陶瓷和球殼的材料、形狀、尺寸和壓電陶瓷與金屬球殼間的接觸狀態(tài)等因素的影響,分析了壓電陶瓷和球殼結(jié)構(gòu)間振動(dòng)特性和導(dǎo)納特性的變化規(guī)律,研究了不同因素水平下壓電陶瓷與金屬球殼的耦合諧振特性規(guī)律,完成最優(yōu)水平條件下結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和性能參數(shù)選擇。本文研究內(nèi)容如下:1、通過對壓電材料的相關(guān)性能進(jìn)行分析,研究壓電陶瓷片特征參數(shù),選取了PZT-4材料,分析了壓電材料的壓電方程,建立了壓電性能參數(shù)及各向極化下的參數(shù)矩陣模型。應(yīng)用壓電理論和有限元分析相結(jié)合的方法,研究了復(fù)合壓電振子機(jī)電耦合特性,建立了復(fù)合壓電振子結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性分析模型。2.研究了弧形接觸面復(fù)合壓電振子和平面接觸面復(fù)合壓電振子結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性,分析了影響金屬球殼和壓電陶瓷耦合振動(dòng)的相關(guān)因素,設(shè)計(jì)了正交試驗(yàn),應(yīng)用有限元方法分別對弧形接觸面和平面接觸面復(fù)合壓電振子進(jìn)行模態(tài)和諧響應(yīng)進(jìn)行分析。應(yīng)用模態(tài)分析研究復(fù)合壓電振子的模態(tài)振型和徑向振動(dòng)頻率,應(yīng)用諧響應(yīng)分析研究了激勵(lì)電壓下的振幅特性和導(dǎo)納特性規(guī)律。3.應(yīng)用極值分析法和方差分析法對正交實(shí)驗(yàn)的相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行分析,研究弧形接觸面和平面接觸面復(fù)合壓電振子在各因素各水平的影響特性,完成復(fù)合壓電振子的最優(yōu)水平設(shè)計(jì)。最后通過弧形接觸面和平面接觸面性能指標(biāo)對比分析,得出弧形接觸面復(fù)合壓電振子工作性能更好。4.應(yīng)用有限元分析與實(shí)驗(yàn)結(jié)合的方法,完成弧形接觸面和平面接觸面復(fù)合壓電振子的性能參數(shù)測量,對比分析得出了弧形接觸面復(fù)合壓電振子工作性能更好,與仿真分析結(jié)果一致。通過搭建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)研究耦合劑對粘貼后復(fù)合壓電振子性能的影響,得出環(huán)氧樹脂作為耦合劑時(shí)復(fù)合壓電振子結(jié)構(gòu)具有更好的性能。圖[45]表[30]參[62]
【學(xué)位單位】：安徽建筑大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：TU991.33
【部分圖文】：

音聽檢測裝置

安徽建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文第一章緒論3集中的聲波，便于檢測和接收等特點(diǎn)[10][11]，因此超聲波用于管道泄漏點(diǎn)的定位方面具有很大的優(yōu)勢。圖1-2音聽檢測裝置圖1-3管道漏失檢測球超聲波振子作為能量轉(zhuǎn)化的器件，其工作原理是應(yīng)用壓電陶瓷的壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能和機(jī)械能即聲波振動(dòng)的相互轉(zhuǎn)換[12][13]。超聲波振子主要是應(yīng)用壓電晶體的逆壓電效應(yīng)實(shí)現(xiàn)電能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化。壓電陶瓷材料的質(zhì)地硬且脆性高、彈性低，一般不把壓電陶瓷單獨(dú)作為壓電陶瓷振子使用，而是與彈性金屬結(jié)構(gòu)連接在一起，組成復(fù)合壓電陶瓷進(jìn)行協(xié)同工作[14][15]。復(fù)合壓電陶瓷振子由壓電晶體片和金屬彈性體或單獨(dú)的壓電晶體片構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)形狀靈活多變，如矩形、圓形和方形等[16]，可以根據(jù)需要對其形狀進(jìn)行設(shè)計(jì)，以方便與其他形狀的金屬結(jié)構(gòu)進(jìn)行耦合，并滿足振動(dòng)頻率的要求。目前對復(fù)合壓電振子的研究有很多，但大多是對規(guī)則形狀的壓電陶瓷和金屬彈性體組成的復(fù)合壓電振子進(jìn)行研究，并沒有關(guān)于異形壓電陶瓷與金屬球殼組成的復(fù)合壓電振子的相關(guān)研究。因此，對于異形結(jié)構(gòu)的壓電陶瓷在與金屬球殼耦合時(shí)，不了解兩者之間的耦合諧振特性以及接觸狀態(tài)對兩者諧振性能的影響。本文進(jìn)行的研究旨在通過選擇合適形狀的壓電陶瓷結(jié)構(gòu)與金屬球殼組成復(fù)合壓電陶瓷振子進(jìn)行耦合分析，研究其諧振特性和導(dǎo)納特性規(guī)律，并分析各影響因素對其耦合諧振性能的影響。從而選擇合適的結(jié)構(gòu)參數(shù)，使其達(dá)到良好的工作狀態(tài)，為超聲波遠(yuǎn)距離傳輸提供理論基矗1.2國內(nèi)外發(fā)展趨勢從1880年JacquesCurieandPierreCurie發(fā)現(xiàn)晶體中的壓電效應(yīng)以來[17]，人們對壓電陶瓷的相關(guān)特性進(jìn)行了許多研究，使得壓電材料有效地應(yīng)用于振動(dòng)控制、噪聲抑制、精密對準(zhǔn)控制、能量采集、傳感和損傷檢測等方面[15]。而對彈

安徽建筑大學(xué)碩士學(xué)位論文第二章基于壓電特性參數(shù)理論分析研究9生機(jī)械振動(dòng)和變形，受到機(jī)械變形時(shí)產(chǎn)生電常對壓電陶瓷的應(yīng)用主要是通過正壓電效應(yīng)和逆壓電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)的。（1）正壓電效應(yīng)當(dāng)某些電介質(zhì)受到某一個(gè)固定方向作用下的外力時(shí)，會(huì)導(dǎo)致結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變形，并引起結(jié)構(gòu)內(nèi)部發(fā)生極化，從而在結(jié)構(gòu)的兩個(gè)相對表面上出現(xiàn)正電荷和負(fù)電荷；如果去除外力，電介質(zhì)將返回原始不帶電的狀態(tài)；當(dāng)外力的方向和原來相比為反向時(shí)，兩個(gè)相對表面的正電荷和負(fù)電荷的極性也會(huì)改變。由于外力的變化使得電介質(zhì)內(nèi)部產(chǎn)生電極化的現(xiàn)象稱為正壓電效應(yīng)。其示意圖如圖2-1所示。其中壓電式傳感器多是應(yīng)用正壓電效應(yīng)來實(shí)現(xiàn)。施加拉力正常狀態(tài)施加壓力圖2-1正壓電效應(yīng)（2）逆壓電效應(yīng)當(dāng)在電介質(zhì)上施加交變電場時(shí)，會(huì)導(dǎo)致電介質(zhì)晶體形狀改變，從而產(chǎn)生應(yīng)力和應(yīng)變；當(dāng)把電場拿掉后，電介質(zhì)又會(huì)恢復(fù)到變形前的狀態(tài)，這種因電場的作用而引起的機(jī)械變形的現(xiàn)象稱為逆壓電效應(yīng)。該效應(yīng)的示意圖如圖2-2所示。本文應(yīng)用壓電陶瓷發(fā)射超聲波就是利用逆壓電效應(yīng)來完成的。正常狀態(tài)施加電場圖2-2逆壓電效應(yīng)
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2873271