● 摘要
摘?? 要
纵弯共振复合式换能器由弯曲振动矩（方）形薄板与纵向振动换能器构成，这种换能器被广泛使用于声学技术的各领域。
在气介质超声技术的应用中，弯曲振动换能器能够与气介质实现很好的声匹配,因而获得了广泛应用。产生弯曲振动的方法之一就是利用振动模式之间的相互转换，例如用纵向振动换能器与矩（方）形薄板构成纵弯共振复合式换能器。这种复合式换能器不仅具有纵向振动换能器高效率的特点而且还具有弯曲振动薄板大辐射面的特点，因此被广泛应用于大功率超声中。这种复合式换能器的矩（方）形板弯曲振动时，板面会出现节线，节线两侧振动位移相反将产生相消干涉,由此将降低换能器的辐射效率。为了提高辐射效率，可将原来的平面型辐射面改进成阶梯型辐射面，可以显著地提高复合系统的辐射效率。
在水声应用中，水声部件中不可缺少的重要部件是水声换能器。设计适用于水下武器引导系统的水声换能器时，采用矩形或者采用正方形薄板作为辐射面，如果还能将压电晶体激励的纵向振动与矩形或者方形薄板辐射面的弯曲振动模态综合考虑，可以显著改善水声换能器的声辐射和接收频率响应特性,实现较高的空间增益。
本文以方形薄板与纵振换能器组成的纵弯系统为例进行研究。纵向振动换能器作为外加激励源与方形薄板中心连接，实际应用中，外加激励源（一般为纵向振动换能器）与方形薄板有一定的接触面积，激励面积不同时方板表面节线分布也会不同，而方板板面上的节线分布将直接影响辐射声场的分布，进而影响辐射声场指向性，而声场指向性是描述声源的一个非常重要的声性能参数，因此研究清楚激励源面积对方形辐射板表面节线位置分布的影响及激励源面积对方形辐射板指向性的影响意义重大。论文具体工作如下：
（1）纵向振动换能器激励方形薄板，方形薄板与纵向振动换能器组成纵弯共振系统，换能器与薄板有一定的接触面积。有限元计算比较方板本征振动时方板表面节线分布与纵向振动换能器（即有一定的激励面积）激励方形薄板时方板表面节线分布的不同；设计实验，验证有限元计算结果的正确性。
（2）计算频率与薄板某一本征振动模态的频率相同而激励面积不同的纵向振动换能器激励方形薄板时，方板表面节线分布随激励面积变化的规律；用相同激励面积的换能器激励方形板的不同本征振动模态，比较相同激励面积的纵振换能器激励薄板不同振动模态时，薄板表面节线分布的情况。
（3）计算频率与薄板某一本征振动模态的频率相同而激励面积不同的纵向振动换能器激励方形薄板时，纵弯共振系统的振动模态，得到振动面上各有限单元的几何信息和位移信息，结合瑞利积分公式，计算研究方板辐射声场随纵振换能器激励面积的变化规律。