隨鉆聲波測井圓弧狀壓電陣子的有限元分析

摘要：圓弧狀壓電陣子是隨鉆聲波測井儀發射換能器的核心部件。利用有限元法對圓弧狀壓電陣子進行了設計分析,結果表明20kHz以下頻率范圍內主要存在彎曲振動模態及徑向振動模態,且徑向振動模態能夠滿足隨鉆聲波單極測量模式的工作頻率要求。針對徑向振動模態,數值模擬了幾何尺寸對壓電陣子聲學性能參數的影響。圓弧狀壓電陣子的諧振頻率隨著陶瓷片厚度的增大而升高;隨著陶瓷片高度、半徑及張開角的增大而降低。圓弧狀壓電陣子的最大發射電壓級幅值隨著陶瓷片厚度、張開角的增大而降低;隨著半徑的增大而升高;隨著陶瓷片高度的增大,最大發射電壓級幅值先升高后逐漸降低。以外徑為6.75in的鉆鋌為例,最優化設計了圓弧狀壓電陣子的尺寸,使其滿足鉆鋌模式波隔聲阻帶中心頻率的要求,同時保證了壓電陣子具有最大發射電壓級。數值模擬結果可以對隨鉆聲波測井儀發射換能器設計起到良好的指導作用。