Preview

НАУКА и ТЕХНИКА

Расширенный поиск

Моделирование составных кольцевых ультразвуковых волноводов с помощью метода конечных элементов

https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-6-476-481

Полный текст:

Аннотация

В статье описана методика моделирования и оптимизации составных кольцевых ультразвуковых волноводов, состоящих из двух последовательно соединенных сегментов из различных материалов, с помощью метода конечных элементов. Обоснована возможность применения таких волноводов для усиления колебаний по амплитуде. Преимущество разработанной методики – возможность ее реализации с помощью стандартного программного обеспечения, в частности COMSOL Multiphysics. Корректность и эффективность методики подтверждена путем сравнения численных данных с результатами моделирования с помощью метода передаточных матриц с применением уравнений колебаний типа Эйлера – Бернулли и Тимошенко. Показано, что в составных кольцевых волноводах могут возникать собственные формы колебаний двух типов – знакопеременные и знакопостоянные, причем практический интерес для усиления колебаний по амплитуде представляют только знакопостоянные моды. Даны рекомендации по выбору оптимальных геометрических параметров волноводов, в частности показано, что для обеспечения максимального коэффициента усиления колебаний по амплитуде центральные углы сегментов волновода должны выбираться с учетом расчетной зависимости коэффициента усиления от угла, характеризующейся наличием нескольких локальных максимумов коэффициента усиления. Отмечено, что высокая точность существующих полуаналитических методов расчета и проектирования кольцевых волноводов достигается при использовании методов, основанных на применении уравнений колебаний типа Тимошенко.

Об авторах

Д. А. Степаненко
Белорусский национальный технический университет
Беларусь

Доктор технических наук, доцент

Адрес для переписки: Степаненко Дмитрий Александрович – Белорусский национальный технический университет, ул. Я. Коласа, 22, 220013, г. Минск, Республика Беларусь. Тел.: +375 17 293-91-01
stepd@tut.by

 



К. А. Бунчук
Белорусский национальный технический университет
Беларусь

Инженер

г. Минск

 



Список литературы

1. Sonotrode für Ein Ultraschall-Bearbeitungsgerät: Europäische Patentanmeldung EP 0594541 A2, IPC B06B 3/00 / M. Bory, H. Bauer. Veröffentlichungstag der Anmeldung 27.04.94.

2. Machine Component: United States Patent 3015961, Cl. 74-1 / R. N. Roney. Patented 09.01.62.

3. Луговой, И. В. Разработка кольцевых концентраторов с переменной жесткостью для ультразвукового прошивания отверстий в хрупких материалах / И. В. Луговой. Минск, 2017. 27 с.

4. Степаненко, Д. А. Расчет и проектирование ультразвуковых акустических систем для использования в медицине и технике / Д. А. Степаненко. Минск, 2020. 323 с.

5. Усилитель упругих колебаний по амплитуде: Евразийский пат. EA 035595 B1, МПК B06B 3/02 / Д. А. Степаненко, К. А. Бунчук, А. С. Емельянова, М. А. Плескач, Н. В. Солодкая. Опубл. 14.07.2020.

6. Amplifying Ultrasonic Waveguides: United States Patent US 8033173 B2, IPC G01N 24/00 / T. D. Ehlert, G. Bromfield, P. S. McNichols, N. R. Stegelmann. Patented 11.10.11.

7. Степаненко, Д. А. Методика расчета и возможные применения функционально-градиентных ультразвуковых волноводов / Д. А. Степаненко, В. Т. Минченя // Механика машин, механизмов и материалов. 2013. Т. 22, № 5. С. 19–23.

8. Исследование характеристик составных кольцевых концентраторов ультразвуковых колебаний с помощью метода передаточных матриц [Электронный ресурс] / Д. А. Степаненко [и др.] // Техническая акустика. 2018. № 2. Режим доступа: http://www.ejta.org/archive/articles2018/stepanenko2.pdf.

9. Оптимизация кольцевых концентраторов ультразвуковых колебаний / Д. А. Степаненко [и др.] // Приборостроение-2018: материалы Одиннадцатой Междунар. науч.-техн. конф., Минск, 14–16 нояб. 2018 г. / Редкол. О. К. Гусев [и др.]. Минск, 2018. С. 328–329.

10. COMSOL Multiphysics User’s Guide. Version 3.5. 2008 [Electronic Resource]. Mode of access: https://extras.csc.fi/math/comsol/3.5/doc/multiphysics/quick.pdf.


Рецензия

Для цитирования:


Степаненко Д.А., Бунчук К.А. Моделирование составных кольцевых ультразвуковых волноводов с помощью метода конечных элементов. НАУКА и ТЕХНИКА. 2021;20(6):476-481. https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-6-476-481

For citation:


Stepanenko D.A., Bunchuk K.A. Modelling of Ring-Shaped Compound Ultrasonic Waveguides by Means of Finite Elements Method. Science & Technique. 2021;20(6):476-481. (In Russ.) https://doi.org/10.21122/2227-1031-2021-20-6-476-481

Просмотров: 86


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 2227-1031 (Print)
ISSN 2414-0392 (Online)