提高磁致伸縮換能器輻射板活塞振幅的方法研究.pdf

1、由磁致伸縮材料Terfenol-D研制成的超磁致伸縮換能器，具有大功率、寬頻帶、峰值尖銳、余震小等優(yōu)越性，已廣泛的應(yīng)用于水聲和工程探測(cè)領(lǐng)域，能夠很好的滿足低頻率、大功率的市場(chǎng)需求。本文將超聲磁致伸縮換能器，用作熱聲制冷機(jī)的聲源驅(qū)動(dòng)裝置，擬解決熱聲制冷機(jī)在微型化過程中所遇到的聲源輻射板振幅小、頻率低、輸出聲壓值較小無(wú)法達(dá)到預(yù)想制冷效果等一系列的問題，具有重要的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
　　本文將超聲磁致伸縮換能器作為熱聲制冷機(jī)的驅(qū)動(dòng)元件，研究

2、分析超聲磁致伸縮換能器的聲源，即輻射板的受迫振動(dòng)問題。主要對(duì)聲源輻射板的激勵(lì)源Terfenol-D棒的輸出特性、輻射板本身的振動(dòng)特性、熱聲制冷諧振腔長(zhǎng)度與所受雙側(cè)激勵(lì)（同相、反相）方式的匹配等因素展開研究，探索提高磁致伸縮換能器輻射板活塞振幅的方法，即提高熱聲制冷諧振腔內(nèi)駐波聲場(chǎng)聲壓幅值的方法。
　　（1）Terfenol-D棒輸出特性分析。應(yīng)用有限元軟件ATILA，研究分析主動(dòng)材料Terfenol-D棒，在交變電流激勵(lì)下，振動(dòng)輸

3、出特性。通過模態(tài)及諧響應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)：Terfenol-D棒在出現(xiàn)軸向活塞振型時(shí)，隨著長(zhǎng)徑比的增加振動(dòng)頻率值逐漸降低，其端部輸出軸向位移幅值逐漸增加；預(yù)應(yīng)力一定時(shí)，磁棒端部輸出軸向位移幅值，隨著激勵(lì)電流的增加逐漸增加；激勵(lì)電流一定時(shí)，隨著預(yù)壓應(yīng)力的增加，磁棒端部輸出軸向位移幅值先上升后下降，當(dāng)預(yù)應(yīng)力繼續(xù)增加，達(dá)到一定數(shù)值時(shí)，磁棒處于夾持狀態(tài)。
　　（2）輻射板對(duì)磁致伸縮換能器輸出特性的影響。借助有限元軟件ANSYS WORKBENCH

4、、ATILA，研究分析輻射板本身屬性（材料、尺寸、端面形狀）對(duì)換能器輸出特性的影響及熱聲制冷諧振腔兩端面形狀組合情況對(duì)腔內(nèi)聲場(chǎng)分布的影響。經(jīng)研究分析發(fā)現(xiàn)：硬鋁輻射板在活塞振型下，振動(dòng)頻率值最高，輸出的軸向位移值最大；不同尺寸的圓形輻射板在活塞振型下（輻射板端部增加相同長(zhǎng)度諧振腔體），隨著直徑與厚度比的增加，振動(dòng)頻率值逐漸減小，輸出軸向位移幅值逐漸增加；不同端面形狀的輻射板在活塞振型下，凹球面輻射板的振動(dòng)頻率值較高，輸出軸向位移幅值最大，