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声频定向扬声器系统是一种可以使声音只沿固定方向传播的装置。该系统主要通过超声波在空气中的非线性交互作用产生高指向性的可听声,从而革命性地使声音信号控制在指定范围内以高指向方式传播。本文旨在分析声频定向扬声器系统的关键组成部分——圆柱波纹壳PVDF压电换能器的动态特性,并对换能器的结构参数进行优化。根据理论分析结果,设计并制作一款输出声压较大、指向性较高、失真较低的圆柱波纹壳PVDF压电换能器。本文主要是根据压电板壳的基本理论,建立无限宽度一维圆柱波纹壳换能器拉伸和弯曲耦合运动的理论动力学模型,并分析换能器在低频段动力学特性。存在一个对弧段数N不敏感的谐振频率,结构中间点的弯曲位移幅值随着N的增大而减小。引入剪切变形和转动惯量,建立无限宽度一维圆柱波纹壳换能器拉伸和弯曲耦合运动的理论动力学模型。剪切变形和转动惯量使得换能器的谐振频率降低,弯曲位移变大。且对于高阶模态,剪切变形和转动惯量的影响较大。基于已建立的一维理论模型,建立了有限宽度圆柱波纹壳换能器二维结构的拉伸和弯曲耦合运动的理论模型,分析宽度效应对换能器振动特性影响。横向边界约束使得换能器的谐振频率随着宽/长比的减小而增大。随着宽/长比的增大,中间部分的弯曲位移逐渐趋近一个常量,只在两横向边界附近(β/ l=0,1),出现较大的改变。当宽/长之比较大时,横向边界约束使得壳体的中间部分拉伸力增大。建立轴对称圆环波纹壳换能器拉伸和弯曲耦合运动的理论模型,并分析换能器振动特性。换能器一阶谐振点频率随着N的增大而降低,一阶振动模态主要集中在外部边界附近,且对于N的变化不敏感。根据理论分析的结果,设计制作了一款圆柱波纹壳PVDF压电换能器。经测试换能器的谐振频率约为43kHz(设计频率40kHz),换能器的最大输出声压为125dB,Θ?3dB波束宽度约为±15°,Θ?10dB波束宽度约为±30°。