稀土超磁致伸缩换能器

第1章绪论

§1.1常用的换能器材料

1.1.1压电材料

1.1.2压电高聚物

1.1.3复合材料

1.1.4磁致伸缩材料

1.1.5金属玻璃材料

§1.2稀土超磁致伸缩材料及其应用

1.2.1稀土超磁致伸缩材料

1.2.2在水声学上的应用

1.2.3在微控制领域中的应用

1.2.4电声学上的应用

1.2.5在声发射技术领域的应用

1.2.6大功率超声频换能器

§1.3弯张换能器的发展简史及其特点

1.3.1弯张换能器的早中期发展

1.3.2各型弯张换能器的特点

1.3.3Ⅳ型和Ⅶ型弯张换能器的特点比较

§1.4发展中的换能器设计方法

1.4.1解析解法

l_4.2波动力学法和等效电路法

1.4.3有限元法

1.4.4边界元法

1.4.5有限元和边界元法对比

第2章稀土超磁致伸缩棒的工作特性

§2.1稀土超磁致伸缩棒的特性

2.1.1不同压力下稀土棒的磁致伸缩特性

2.1.2不同压力下的do与偏磁场之间的关系

2.1.3材料的杨氏模量

2.1.4材料的其他参数

§2.2稀土超磁致伸缩棒的高效应用方法

2.2.1计算方法

2.2.2算例

§2.3稀土超磁致伸缩棒的等效电路

2.3.1Terfenol棒的等效电路

2.3.2算例

第3章T0Ⅱpilz换能器的设计理论

§3.1集中参数设计法

§3.2传输矩阵设计法

3.2.1基本原理

3.2.2考虑预应力螺栓的影响

3.2.3程序实现

§3.3谐振频率附近处的等效电路

第4章稀土超磁致伸缩换能器的有限元设计理论

§4.1稀土超磁致伸缩棒的有限元模型及设计理论

4.1.1单元插值函数

4.1.2应变

4.1.3单元中的能量关系

4.1.4动态方程

§4.2壳体的有限元模型4.2.1平面矩形单元的刚度矩阵

4.2.2平板矩形弯曲单元的刚度矩阵

4.2.3矩形薄壳单元的刚度矩阵

§4.3弯张换能器中块体的有限元模型

§4.4弯张换能器的性能参数

4.4.1共振频率

4.4.2反共振频率

4.4.3电阻抗

4.4.4有效机电耦合系数也

第5章Tonpilz换能器的设计及实验研究

§5.1Tonpilz换能器的设计

§5.2Tonpilz换能器中Terfen01棒的分割

§5.3Tonpilz换能器偏磁场及预应力的施加

§5.4有限元法分析Tonpilz换能器的振动模态

§5.5Tonpilz换能器性能测试

5.5.1换能器的性能测试

5.5.2设计结果与测试误差分析

第6章换能器的流固耦合方程及其辐射声场的计算

§6.1流固耦合有限元动力学方程的建立

6.1.1亥姆霍兹积分方程的应用

6.1.2换能器在水中振动方程的建立

§6.2辐射声场指向性的计算

第7章弯张换能器的设计理论

§7.1ALGOR有限元软件简介

§7.2弯张壳体的振动模态

7.2.1呼吸模态

7.2.2呼吸模态与弯张壳体的几何尺寸之间的变化关系

§7.3换能器的振动模态

7.3.1呼吸模态

7.3.2弯张换能器尺寸与同相振动谐振频率的关系

§7.4换能器装配预应力的计算

§7.5换能器入水深度与偏磁场之间的关系

7.5.1入水深度与变化的预应力之间的关系

7.5.2入水深度与偏磁场的关系

§7.6换能器的静态电感

§7.7SYSNOISE有限元软件简介

7.7.1SYSNC)ISE的功能

7.7.2SYSN()ISE的分析方法

7.7.3SYSN()ISE一般分析步骤

7.7.4SYSN()ISE的后处理

§7.8换能器的水下振动及其辐射特性

7.8.1呼吸模态频率

7.8.2换能器声辐射特性

§7.9换能器的功率极限

7.9.1电功率极限

7.9.2机械功率极限

7.9.3热功率极限

第8章弯张换能器的实验研究

§8.1弯张壳体的弹性测试

8.1.1测试装置8.1.2测试结果

8.1.3实验与理论计算的比较

8.1.4误差分析

§8.2弯张壳体振动模态测试

8.2.1模态分析理论基础

8.2.2实验装置简介

8.2.3实验结果

§8.3弯张换能器的振动模态测试

8.3.1未装夹上下盖板时

8.3.2装夹上下盖板后

§8.4谐振频率附近处的性能测试结果

8.4.1换能器谐振频率、阻抗特性

8.4.2换能器的发射特性、机械品质因数Qm、有效耦合系数ke

8.4.3换能器发射声源级随输入电流的关系

8.4.4换能器的电声效率与输入电功率的关系

8.4.5结果分析

§8.5换能器声辐射特性

§8.6稀土超磁致伸缩换能器的测量系统介绍

第9章用ANSYS软件设计稀土换能器

§9.1ANSYS有限元软件简介

9.1.1软件简介

9.1.2ANSYS软件应用于声学及换能器领域解决的具体问题

§9.2ANSYS方法及工作过程简介

9.2.1换能器机电耦合问题的理论基础

9.2.2ANSYS有限元软件用于换能器分析的基本理论

9.2.3ANSYS处理器

9.2.4ANSYS软件一般分析步骤

§9.3压磁一压电比拟法

§9.4稀土超声频圆环型换能器的设计

9.4.1稀土换能器结构

9.4.2理论计算及实验测试

9.4.3与同频率压电陶瓷换能器尺寸比较

参考文献

附录

　　本书是一本介绍稀土超磁致伸缩大功率换能器的设计理论和设计方法的专著，书中具体研究了Tonpilz换能器、Ⅶ型弯张换能器等，并给出了一个超声频稀土超磁致换能器的设计计算实例。可供从事声换能器研究工作的科技工作者、专业技术人员以及大专院校相关专业的师生参考。
　　本书是一本介绍稀土超磁致伸缩大功率换能器的设计理论和设计方法的专著。全书共分9章。第1章是绪论，主要介绍了常用的换能器材料、现代弯张换能器的设计方法及各型弯张换能器的特点；第2章分析了稀土超磁致伸缩材料的工作特性，导出了使稀土棒高效工作时沿棒轴径向均匀切割最小份数的计算公式和等效电路；第3～2章，论述了稀土超磁致伸缩大功率换能器的设计理论，并对研制出的VII和Tonpilz型换能器的性能作了测试和分析。书中先后用到了ALGOR、SYSNOISE和ANSYS这三种有限元计算软件，在相关部分都相应作了简单介绍，并在第9章中重点介绍了ANSYS在设计换能器中的应用。本书可供从事声换能器研究工作的科技工作者、专业技术人员以及大专院校相关专业的师生参考。