شبیه سازی پیزوالکتریک

شبیه سازی پیزوالکتریک با استفاده از روش گالرکین ناپیوسته آموزش کامسول از نسخه 6.0 نرم افزاریک ویژگی مناسب برای مدل سازی برنامه های کاربردی شامل استفاده از دستگاه های پیزوالکتریک وجود دارد. امواج پیزوالکتریک، رابط زمان صریح، روش گالرکین ناپیوسته (dG یا dG-FEM) موجود را برای آکوستیک در سیالات و مواد الاستیک خطی به محیط های پیزوالکتریک گسترش می دهد. این امر آن را به یک جایگزین کارآمد برای مدل‌سازی  ( شبیه سازی پیزوالکتریک ) تولید و دریافت امواج صوتی که در فواصل بزرگ نسبت به طول موج حرکت می‌کنند تبدیل می‌کند. برنامه هایی که می توانند از این ویژگی بهره مند شوند عبارتند از: تصویربرداری اولتراسوند، آزمایش غیرمخرب (NDT)، فلومترها، و دستگاه های امواج صوتی سطحی و غیره. اجازه دهید نگاهی دقیق تر به این ویژگی بیندازیم.

شبیه سازی سنسور اثر هال یشتر بخوانید

درباره امواج پیزوالکتریک، رابط صریح زمان

آموزش comsol شبیه سازی پیزوالکتریک، رابط multiphysics Time Explicit را می‌توان در شاخه Acoustics > Elastic Waves پیدا کرد و برای تجزیه و تحلیل‌های متقارن محوری دو بعدی، دو بعدی و سه بعدی در دسترس است.

هر دو اثر پیزوالکتریک مستقیم و معکوس را می توان مدل سازی کرد و کوپلینگ پیزوالکتریک را می توان با استفاده از فرم های بار کرنش یا بار تنش فرموله کرد. بنابراین، هنگامی که دستگاه های پیزوالکتریک به عنوان فرستنده، گیرنده یا هر دو به طور همزمان استفاده می شوند، برای مشکلات صوتی بزرگ و گذرا مناسب است. این رابط مولتی فیزیک، امواج الاستیک، رابط زمان صریح و رابط الکترواستاتیک را با اثر پیزوالکتریک جدید، کوپلینگ چندفیزیکی زمان صریح ترکیب می‌کند. مسئله امواج الاستیک با استفاده از فرمول dG مرتبه بالاتر اجرا می شود و با یک حل کننده صریح زمان حل می شود، در حالی که مسئله الکترواستاتیک در هر مرحله زمانی از طریق یک سیستم جبری از معادلات اجرا شده با روش اجزای محدود (FEM) حل می شود. این اجازه می دهد تا مسئله کاملاً جفت شده با روش گام زمانی صریح حل شود و فقط معادلات الکترواستاتیک با روش مبتنی بر ماتریس حل شوند. در کل، این یک روش کارآمد حافظه است که برای محاسبات توزیع شده روی خوشه ها نیز مناسب است.

هنگام اضافه کردن امواج در شبیه سازی پیزوالکتریک، رابط چندفیزیکی زمان صریح، دو مدل ماده در هر فیزیک گنجانده شده است تا روابط سازنده در مواد مختلف را توضیح دهد. امواج الاستیک، فیزیک زمان صریح شامل یک امواج الاستیک، گره مواد مدل صریح زمان برای مواد الاستیک خطی و یک گره مواد پیزوالکتریک اختصاص داده شده به حوزه های پیزوالکتریک است.

میرایی رایلی را می توان برای هر دو مدل مواد اعمال کرد تا تلفات مکانیکی را شامل شود. به طور موازی، رابط فیزیک الکترواستاتیک شامل یک گره ماده حفاظت از بار برای مواد دی الکتریک معمولی و یک گره پایزوالکتریک، حفظ بار، برای حوزه های پیزوالکتریک است. اولی از افت هدایت پشتیبانی می کند، در حالی که دومی از مدل های پراکندگی برای گرفتن تلفات دی الکتریک پشتیبانی می کند. سپس دو مدل ( شبیه سازی پیزوالکتریک ) ماده پیزوالکتریک در دو فیزیک از طریق اثر پیزوالکتریک، ویژگی چندفیزیکی صریح زمان جفت می‌شوند.

استفاده از فرم اسمبلی

همانطور که در بخش “مش بندی و حل” در پست وبلاگ “مقدمه ای بر امواج الاستیک، رابط صریح زمان” توضیح داده شد، استفاده از یک مش ناسازگار با هندسه اسمبلی هنگام جفت کردن دامنه ها با ویژگی های مختلف مهم است که تقریباً همیشه درست است. برای برنامه های کاربردی مربوط به دستگاه های پیزوالکتریک به طور خلاصه، این برای جلوگیری از گام‌های کوچک زمانی حل‌کننده داخلی به دلیل عناصر مشبک کوچک غیرضروری در یک حوزه ماده خاص است. مرحله زمانی بستگی به اندازه شبکه محلی و سرعت صدا دارد که به عنوان مقیاس زمانی موج سلولی نیز شناخته می شود.

همانطور که در تصویر زیر از مدل آموزشی تست غیرمخرب پرتو زاویه ای مشاهده می کنید، ما از اندازه های مش های مختلف برای گسسته سازی دامنه های جامد با خواص مواد مختلف استفاده می کنیم و مش ها در رابط های مواد مطابقت ندارند. توصیه می شود همیشه از چاپ برای مجموعه ها استفاده کنید تا عملکرد و ثبات را افزایش دهید. پست وبلاگ ما در مورد “مقدمه ای بر امواج الاستیک، رابط صریح زمان” بحث مفصلی را در مورد دستورالعمل های کلی در مورد مش بندی و حل فیزیک مبتنی بر dG به اشتراک می گذارد.

آموزش comsol

آموزش کامسول تبدیل یک موج طولی (فشردهی) ارسال شده توسط مبدل را به یک موج برشی شکسته (عرضی) در هنگام برخورد سیگنال به سطح نمونه آزمایش نشان می دهد. امواج طولی به رنگ آبی و امواج برشی به رنگ نارنجی نشان داده شده اند. سپس موج برشی توسط عیوب جسم آزمایشی منعکس می شود، به عقب منتقل می شود و توسط مبدل گرفته می شود. این اصل عملکرد پرتو زاویه‌ای NDT است، زیرا امواج برشی تضعیف کمتر و طول موج کوتاه‌تری دارند که باعث می‌شود آنها را قادر به تشخیص عیوب کوچک‌تر کند.

پس پردازش

مهمترین چیزی که باید در هنگام پس پردازش به خاطر داشت این است که متغیرهای وابسته توسط عناصر مرتبه چهارم گسسته می شوند. ما می توانیم جزئیات فضایی موجود در هر عنصر مش را با تنظیم وضوح بالا در بخش Quality برای نمودارها مشاهده کنیم.

متغیر مقیاس زمانی موج سلولی، elte.wtc، در حال حاضر به طور مستقیم در پس پردازش، همراه با متغیر مقیاس زمان موج سلولی حداقل، elte.wtcMin، که حداقل مقدار جهانی را می دهد، در دسترس است. مقیاس زمانی موج سلولی به طور مستقیم با مرحله زمانی حل کننده مرتبط است. بنابراین، بررسی مقدار آن می تواند به شناسایی عناصر مش مشکل ساز در مدل کمک کند. هنگام ترسیم این متغیر، قسمت Resolution را روی No refinement و قسمت Smoothing را روی None قرار دهید. هر دو تنظیمات را می توان در بخش کیفیت طرح پیدا کرد.

کوپلینگ با رابط های آکوستیک فشار مبتنی بر dG

هنگامی که مسیر انتشار صدا شامل سیالات می شود، می توانید یکی از موارد زیر را اضافه کنید:

آکوستیک فشار، رابط زمان صریح برای انتشار موج خطی در حوزه سیال،

یا

آکوستیک فشار غیرخطی، رابط زمان صریح برای ثبت تولید هارمونیک های بالاتر در حین حرکت امواج در سیالات.

هر یک از این رابط ها را می توان با استفاده از ویژگی های جفت سازه آکوستیک داخلی با رابط امواج الاستیک، Time Explicit جفت کرد. دو نسخه از کوپلینگ وجود دارد: یک مرز آکوستیک-ساختار، کوپلینگ صریح زمان برای هندسه هایی که دارای بخش های جامد و سیال هستند که با یک شبکه منطبق متحد و گسسته شده اند، و یک جفت مرز آکوستیک-ساختار، کوپلینگ صریح زمان برای هندسه های مونتاژ شده با استفاده از مش ناسازگار. . ویژگی جفت جفت می‌تواند در تحلیل‌های برهم‌کنش صوتی-ساختار به دلیل تفاوت‌های خواص گسترده بین جامدات و سیالات سودمندتر باشد. به عنوان مثال می توان به آموزش جریان سنج اولتراسونیک با مبدل های پیزوالکتریک اشاره کرد. این مدل از ویژگی جفت جفت در رابط‌های مبدل-آب برای ضبط انتقال صدا و انعکاس در ناپیوستگی مواد استفاده می‌کند.