КОНЕЧНО-ЭЛЕМЕНТНЫЙ РАСЧЕТ ДИСКОВОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ С ТАРЕЛКООБРАЗНЫМИ НАКЛАДКАМИ И АКТИВНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ ИЗ ПОРИСТОЙ ПЬЕЗОКЕРАМИКИ С ЭКСТРЕМАЛЬНОЙ ПРОВОДИМОСТЬЮ ПОВЕРХНОСТЕЙ ПОР
Аннотация
Представлен конечно-элементный анализ дискового пьезоизлучателя с тарельчатыми накладками, который обычно называется Cymbal-преобразователем. Эффективность работы такого преобразователя определяется как его геометрическими размерами, так и величинами продольного и поперечного пьезомодулей (пьезоэлектрических коэффициентов заряда) пьезокерамического материала диска. У пористой пьезокерамики с полностью металлизированными поверхностями пор эффективные поперечный и продольный пьезомодули с ростом пористости увеличиваются по абсолютной величине в отличие от обычной пористой пьезокерамики. Эти необычные свойства пористой пьезокерамики с металлизацией поверхности пор определяются свойствами фаз, составляющих пьезокомпозитный материал, и в частности, большой проводимостью материала поверхности пор внутри в целом диэлектрической композитной среды. Основная задача исследования – определение эффективности работы Cymbal-преобразователя в зависимости от типа пористого пьезоэлектрического материала диска. Сравнение проводилось для сплошной пьезокерамики, для обычной пористой пьезокерамики, для пористой пьезокерамики с тонким металлическим покрытием пор и для пористой пьезокерамики с относительно толстым слоем металлизации на поверхности пор при различной пористости. В конечно-элементом пакете ANSYS проведены расчеты установившихся колебаний в Cymbal-преобразователе при нерезонансных режимах работы и вблизи первых электрически активных частот, что соответствует применению преобразователя как устройства для сохранения энергии и как пьезоэлектрического излучателя акустических волн. В обоих случаях результаты вычислительных экспериментов показали перспективность использования новых типов пористых пьезокерамических материалов для рассмотренных конфигураций дискового пьезоэлектрического преобразователя с тарелкообразными накладками. Наилучшие результаты были получены для пористого пьезокерамического материала с тонким металлическим покрытием пор.
