Modeling of the stress-strain state of an ultrasonic piezoelectric transducer in an impedance method of testing materials
The work is devoted to modeling the stress-strain state of the elements of an ultrasonic piezoelectric transducer (UPT). UPT is used in the impedance method for testing materials. The issue of the minimum weight of the load is being considered. For a harmonic oscillatory process in the system, the weight of the load must be sufficient to ensure contact of the UPT indenter with the body surface. At the same time, the loading action should not damage the surface of the test sample. A mathematical formulation of the problem is formulated to describe the oscillatory process of the “UPT-test sample” system after ensuring the contact of the UPT indenter with the surface of the material. A one-dimensional finite element model of the oscillatory system “UPT-test sample” is proposed. A frequency set of resonances in the frequency range of 15-30 kHz has been obtained. When comparing the simulation results with experimental data, the error is no more than 7%.
Keywords
resonances,
oscillatory system,
stress state,
mathematical formulation,
ultrasonic piezoelectric transducer,
impedance methodAuthors
| Azin Anton V. | Tomsk State University | antonazin@niipmm.tsu.ru |
| Vasilyev Alexander V. | Tomsk State University | alphatomsk@yandex.ru |
| Ponomarev Sergey V. | Tomsk State University | psv@niipmm.tsu.ru |
| Rikkonen Sergey V. | Tomsk State University | s.rikkonen@yandex.ru |
Всего: 4
References
Васидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности. М.: Мир, 1987.
Щербаков И.В., Люкшин Б.А. Моделирование поведения отклика ортотропной пластины при воздействии динамической нагрузки // Вестник Томского государственного университета. Математика и механика. 2019. № 61. С. 111-118.
Ошмарин Д.А. Моделирование демпфирования колебаний SMART-систем с элементами из пьезоэлектрических материалов и электрическими элементами: дис.. канд. физ.-мат. наук. Пермь, 2022.
Азин А.В., Богданов Е.П., Васильев А.В., Пономарев С.А., Пономарев С.В., Рикконен С.В. Настройка резонансных режимов работы ультразвукового излучателя при одностороннем доступе к объекту // Известия Томского политехнического университета. Инжиниринг георесурсов. 2023. Т. 334, № 10. С. 199-209.
Чебаненко В.А. Исследование колебаний пьезоэлектрических структур в составе устройств накопления энергии: дис.. канд. физ.-мат. наук. Ростов н/Д, 2018.
Азин А.В., Кузнецов С.А., Пономарев С.А., Пономарев С.В., Рикконен С.В. Моделирова ние контактного взаимодействия элементов пьезоэлектрического двигателя // Космические аппараты и технологии. 2019. Т. 3, № 4. С. 164-170.
Кузнецов С.А. Напряженно-деформированное состояние активных вантовых элементов с пьезоприводами системы регулирования формы отражающей поверхности космических рефлекторов: дис.. канд. физ.-мат. наук. Томск, 2020.
Наседкин А.В. Моделирование пьезоэлектрических преобразователей в ANSYS. Ростов н/Д: Изд-во Юж. фед. ун-та, 2015.
Храмцов А.М. Напряженно-деформированное состояние взаимодействующих элементов пьезоактюатора: дис.. канд. физ.-мат. наук. Томск, 2017.
Панич А.Е. Пьезокерамические актюаторы. Ростов н/Д: Изд-во Юж. фед. ун-та, 2008.
Rathod V.T. A Review of Acoustic Impedance Matching Techniques for Piezoelectric Sensors and Transducers // Sensors. 2020. Vol. 20 (14). Art. 4051.
Лавриненков А.Д. Расчет амплитудно-частотных характеристик ультразвуковых преоб разователей продольных и продольно-крутильных колебаний с помощью пакета ABAQUS // Компьютерные исследования и моделирование. 2014. Т. 6. C. 955-966.
Мурашов В.В. Применение вариантов акустического импедансного метода для контроля деталей из ПКМ и многослойных клееных конструкций // Авиационные материалы и технологии. 2017. № S. С. 469-482.
