稀土超磁致伸縮換能器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及性能優(yōu)化.pdf

1、聲波無損檢測(cè)作為無損檢測(cè)的主要方法之一，以其穿透能力強(qiáng)、設(shè)備簡單、使用條件及安全性好、檢測(cè)深度大等優(yōu)點(diǎn)，越來越多的應(yīng)用在橋梁、公路、國防及醫(yī)療領(lǐng)域等各行各業(yè)中。一套完整聲波檢測(cè)體系主要由震源（即發(fā)射換能器）、接收傳感器和數(shù)據(jù)處理軟件三部分構(gòu)成。其中發(fā)射換能器作為檢測(cè)系統(tǒng)核心組件，其性能優(yōu)劣對(duì)檢測(cè)結(jié)果有顯著影響。在換能器工作原理及壓電-壓磁類比法的基礎(chǔ)上，本論文以Terfenol-D材料作為驅(qū)動(dòng)元件的換能器為研究對(duì)象，采用有限元工程應(yīng)用軟

2、件ANSYS對(duì)其自身材料的選擇及結(jié)構(gòu)尺寸進(jìn)行優(yōu)化分析。本文主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下：
　　(1)Terfenol-D棒輸出特性的分析。建立磁棒三維模型，分析其各階模態(tài)陣型及不同波形電流激勵(lì)作用下輸出位移的響應(yīng)特性。結(jié)果表明：磁棒空氣中諧振頻率隨著長徑比的增大而下降；在方形波、三角波、正弦波及鋸齒波四種波形的激勵(lì)信號(hào)作用下，輸出位移響應(yīng)波形是大致相同的，但方波激勵(lì)信號(hào)的輸出響應(yīng)能夠達(dá)到的瞬態(tài)位移最大，余振也最大，鋸齒波則最小。

3、　　(2)輻射頭對(duì)稀土超磁致伸縮換能器輸出性能的影響。將稀土超磁換能器簡化為由Terfenol-D棒和輻射頭兩部分組成的振動(dòng)模型，分析輻射頭形狀及材料參數(shù)對(duì)換能器輸出性能的影響；在共振及非共振條件下，分析換能器電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械振動(dòng)的實(shí)時(shí)變化情況。結(jié)果表明：不同形狀輻射頭中，長方體輻射頭換能器的基振頻率最低，動(dòng)態(tài)位移最大；不同材料的輻射頭中，45＃鋼輻射頭的基振頻率最低，動(dòng)態(tài)位移最大；在非共振低頻激勵(lì)條件下，換能器的輸出信號(hào)為同頻的正弦周期

4、信號(hào)；在共振條件下，換能器的實(shí)時(shí)位移不再是正弦波形，但其瞬態(tài)位移有明顯提高，能達(dá)到125μm，并且瞬態(tài)輸出位移遠(yuǎn)大于壓電換能器。
　　(3)雙激勵(lì)源稀土超磁致伸縮換能器輸出特性的分析。首先建立雙激勵(lì)源換能器模型，即在兩個(gè)激勵(lì)源Terfenol-D棒中間加入無源質(zhì)量塊，激勵(lì)源長度比、中質(zhì)量塊和輻射頭結(jié)構(gòu)尺寸及材料參數(shù)對(duì)頻率的影響最為顯著。結(jié)果表明：基頻與二階頻率差值隨著激勵(lì)源磁棒長度比的不同而改變；隨著輻射頭及中質(zhì)量塊徑向和縱向的增