压电换能器的温度场仿真研究

摘要

工作时的高温会引发换能器的压电陶瓷快速老化，甚至去极化，还会导致共振频率漂移、振幅衰减等诸多问题。本文利用COMSOL Multiphysics有限元软件对压电换能器进行动力学仿真分析，对不锈钢变幅杆和铝合金变幅杆的压电换能器在不同工作环境下进行温度场仿真研究，得到换能器的温度随时间的变化情况。结果表明：两种换能器的振型均为纵向振动，变幅杆输出端的振动最大，后盖板的振动相对较小；不锈钢变幅杆的压电换能器的谐振频率为21.315 kHz，铝合金变幅杆的压电换能器的谐振频率为21.469 kHz。两种压电换能器的变幅杆的大端与小端的过渡部分的应力较大，其余部分的应力较小，铝合金变幅杆的换能器最大应力大于不锈钢变幅杆的换能器，而铝合金变幅杆的换能器工作一段时间后的温度较低；换能器中压电陶瓷附近的温度最高，变幅杆的温度最低。研究结果有助于降低换能器的温升，提高其工作的稳定性。

关键词

压电陶瓷 / 超声换能器 / 温度场 / 有限元分析