Page 16 - 《应用声学》2020年第5期
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由图 3可见，相较于传统的筒型壳体，采用宽体 改变连接结构材料的杨氏模量，分析换能器的
壳体后，发射电压响应曲线出现了如下变化：第一， 发射电压响应如图5所示。
谐振频率降低，且随着壳体宽度增加而降低；第二，
谐振开始随壳体宽度增加降低，到达一定宽度后其
变化不再明显；第三，随着壳体宽度的进一步增加， L
换能器两个谐振频率的间隔扩大，凹谷处的发射电
压响应逐渐降低。
图 4 宽体液腔 JH 换能器连接件结构示意图
Fig. 4 Schematic diagram of connector structure
150
140
ԧ࠱ႃԍ־ऄ/dB 130 0.5 GPa
120
3.5 GPa
图 2 宽体液腔 JH 换能器有限元建模图 110 10 GPa
20 GPa
Fig. 2 Finite element modeling diagram of JH 100
1000 1500 2000 2500 3000 3500
transducer with dilated cavity ᮠဋ/Hz
150 图 5 发射电压响应随材料杨氏模量变化曲线
Fig. 5 Transmit voltage response at different
140 Young’s modulus
ԧ࠱ႃԍ־ऄ/dB 130 0 mm 连接件刚度变大，发射电压响应随杨氏模量的升高
由图 5 可见，当所选材料的杨氏模量足够大时，
120
15 mm
110 25 mm 基本不发生变化。随着杨氏模量的降低，连接件呈
35 mm
现弹性体的特性，壳体和连接件组成振动系统可能
100
900 1400 1900 2400 2900 3400 受激引起谐振现象，从而影响换能器发射电压响应
ᮠဋ/Hz
曲线变化。而当材料的杨氏模量足够小时 (如设为
图 3 不同宽度增量 d 下的发射电压响应 实际材料的 1/10 以下)，在系统中可视为柔性连接，
Fig. 3 Transmit voltage response at different 所得出的结果与文献 [8] 中忽略连接件的二维轴对
width increment d
称建模仿真结果类似，发射电压响应曲线变化明显
2 连接件部分对换能器工作性能的影响 有别于实际连接杆情况。由此可见，除非换能器实
际工艺中采用隔振去耦一类手段，忽略连接件的二
在对 JH 换能器进行轴对称二维建模时，为了 维轴对称建模才不会带来较大的分析误差，从而体
满足轴对称条件，JH 换能器壳体与 Janus 振子的连 现了采用三维建模来进行优化设计的必要性。
接部分常常被忽略。使用三维建模方法则可以分析 改变工字型结构尺寸 L 后，换能器的发射电压
连接部分对换能器工作性能的影响。连接件设计 响应如图6所示。
为工字结构，其结构截面示意面如图 4 所示。本文 连接件结构的影响与材料杨氏模量的影响有
对连接结构材料的杨氏模量与工字型结构中尺寸L 相似性，当 L > 20 mm 时，发射电压响应已基本无
两个参数对换能器发射电压响应的影响进行仿真 变化。当L < 15 mm 时，发射电压响应曲线向低频
分析。 偏移，并在两个谐振峰之间出现了很明显的凹谷，可
