원주 분극 압전 링 트랜스듀서 해석을 위한 방사 분극 링 유효 물성 도출 = Effective material properties of radially poled piezoelectric ring transducer for analysis of tangentially poled piezoelectric ring

국문 초록 (Abstract)

33-모드 링은 31-모드 링에 비하여 결합상수와 압전상수 d가 높기 때문에 광대역 수중 음향 트랜스듀서로 활용성이 높다. 반면 31-모드 링은 축대칭 구조이므로 수치해석 수행시 2차원 축대칭 모델로 간략히 해석이 가능하지만, 33-모드 링은 3차원 수치해석을 수행해야 한다. 즉, 특성 예측을 위해 많은 전산자원과 계산시간이 소요된다. 따라서 33-모드 링의 전기-기계-음향 응답을 모사할 수 있는 등가의 31-모드 링의 유효 물성을 도출할 수 있다면 소나 트랜스듀서 설계 등에 실용적일 것이다. 본 연구에서는 응답 특성을 모사하기 위해 각 링의 전기, 기계 임피던스 및 변환계수(${\phi}$)가 동일하다고 가정하여 등가 31-모드 링의 유효 밀도(${\rho}_{31_{-}eff}$), 컴플라이언스($s^E_{11_{-}eff}$), 압전 상수($d_{31_{-}eff}$), 유전 상수(${\varepsilon}^T_{33_{-}eff}$)를 유도했다. 도출한 유효 물성을 이용하여 진공상태의 링, 수중에서 공기 배킹의 링, 그리고 수중에서 링 내부에 자유롭게 유체가 드나드는 링에 대하여 수치해석을 하였고 이를 33-모드 링의 응답특성과 비교하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Compared to 31-mode rings, 33-mode rings are highly utilized as wide bandwidth underwater acoustic transducers because the electro-mechanical coupling and piezoelectric constant d are high. On the other hand, the 31-mode ring is an axial symmetry structure, so it is possible to model it as a simple two-dimensional asymmetrical model for numerical analysis, but the 33-mode ring requires a three-dimensional numerical analysis. That is, a lot of computing resources and computation time are required. In this study, the effective material properties of an equivalent 31-mode ring were derived to simulate the electro-mechano-acoustical responses of the 33-mode ring transducer. Using the effective material properties derived from this study, a numerical analysis of rings in vacuum, air backed rings in water, and FFR (Free Flooded Ring) transducers were performed to compare the responses of 33-mode rings.

참고문헌 (Reference)

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