متن کامل خبر


 
جلسه دفاع از پایان‌نامه: آقای سبحان کمالی، گروه آموزشی ساخت و تولید

خلاصه خبر: مدل سازی تحلیلی الکترومکانیکی پیوسته ارتعاشات اجباری ترانسدیوسر آلتراسونیک لانگوین و صحه گذاری تجربی آن

  • عنوان: مدل سازی تحلیلی الکترومکانیکی پیوسته ارتعاشات اجباری ترانسدیوسر آلتراسونیک لانگوین و صحه گذاری تجربی آن
  • ارائه‌کننده: سبحان کمالی
  • استاد راهنما: دکتر محمدرضا کرفی
  • استاد ناظر داخلی اول: دکتر محمدجواد ناطق
  • استاد ناظر خارجی اول: دکتر امیر عبداله
  • نماینده تحصیلات تکمیلی: دکتر محمدجواد ناطق
  • مکان: کلاس P2
  • تاریخ: 97/06/31
  • ساعت: 17:00

چکیده: در سالهای اخیر کاربرد امواج فراصوتی در صنایع مختلف پیشرفت گسترده ای داشته است و ترانسدیوسرهای پیزوالکتریکی به‌طور عمده به‌عنوان منبع ایجاد این امواج به شمار میروند. ترانسدیوسرهای پرقدرت آلتراسونیک در بسیاری از زمینه ها مانند تجهیزات پزشکی، افزایش برداشت از چاههای نفت، تمیزکاری، جوشکاری فلزات و پلاستیکها، ماشین‌کاری، تصفیه پسآبها، صنایع غذایی، میکروب‌زدایی، دوخت پارچه، برشکاری، تنشزدایی قطعات صنعتی، فرایندهای شکلدهی، اسپری رنگها و نانو پودرها، تولید قطعات نیمههادی، هموژن کردن نانو پودرها، کفزدایی و بسیاری از زمینههای دیگر کاربرد دارد. بنابراین بررسی و تحلیل رفتار ارتعاشی این ترانسدیوسرها جهت طراحی آن‌ها، موردتوجه بسیاری از محققان بوده است. در سالهای اخیر پژوهشهای گستردهای در مورد ترانسدیوسرهای آلتراسونیک انجام گرفته است، که در آن‌ها بررسی تحلیلی ارتعاشات، به‌صورت یک‌بعدی در جهت طولی انجام شده است. درصورتی‌که ابعاد جانبی ترانسدیوسر نسبت به ابعاد طولی آن کوچک‌تر باشد (قطر ترانسدیوسر کوچک‌تر از یک‌چهارم طول‌موج باشد)، خطای محاسبات یکبعدی کوچک بوده و میتوان از آن برای طراحی ترانسدیوسر استفاده کرد. درحالی‌که در ترانسدیوسرهای پرقدرت نسبت قطر به طول ترانسدیوسر افزایش مییابد و فرض ارتعاشات یکبعدی صحیح نمیباشد. لذا باید اثر ارتعاشات جانبی بر روی ارتعاشات طولی لحاظ شود. در این پایاننامه مدلسازی الکترومکانیکی ترانسدیوسر، با در نظر گرفتن ارتعاشات طولی و شعاعی آن انجام شده است. این کار به کمک روش الاستیسیته ظاهری انجام گرفته است. در این مدلسازی از تنشها و کرنشهای برشی صرف‌نظر شده است. باتعریف مدول الاستیسیته ظاهری، ارتعاشات کوپل شدهی طولی-شعاعی ترانسدیوسر، به دو ارتعاش معادل در جهت طولی و شعاعی تبدیل می‌شود که مستقل از هم نبوده و به کمک ضریب کوپلینگ مکانیکی به هم مرتبط میباشند. همچنین جهت بررسی ارتعاشات اجباری ترانسدیوسر، اثر پیزوالکتریک و میدان الکتریکی اعمالی به آن در معادلات در نظر گرفته شده است. همچنین میرایی قطعات ترانسدیوسر نیز اندازهگیری شده و به‌صورت مدول الاستیسته موهومی در معادلات لحاظ شده است. با حل معادلات حرکت کوپل شدهی ترانسدیوسر، فرکانس تشدید، نمودار ادمیتانس برحسب فرکانس و شکل مود ترانسدیوسر بدست آمده است. از این مدلسازی برای مطالعه فرکانس آنتیرزونانس و تاثیر پارامترهای هندسی بر پاسخ فرکانسی نظیر پهنای باند و ضریب کیفیت مکانیکی نیز استفاده شده است. برای صحهگذاری بر مدلسازی انجام شده، یک ترانسدیوسر با ابعاد و خصوصیات فیزیکی مشخص، در نرمافزار کامسول شبیهسازی شده و فرکانس تشدید، شکل مود، دامنه ارتعاشات و ادمیتانس الکتریکی آن با مدل ریاضی بوجود آمده مقایسه شده است. سپس ترانسدیوسر ذکر شده ساخته شده و نتایج مدل تحلیلی و شبیهسازی عددی با نتایج تجربی مقایسه شده است. فرکانس تشدید ترانسدیوسر در مدل تحلیلی 19876 هرتز، در شبیهسازی عددی 19634 هرتز و در آزمون تجربی 19475 هرتز بدست آمده است. دامنه ارتعاشات کلگی ترانسدیوسر در مدل تحلیلی، شبیهسازی عددی و آزمون تجربی به ترتیب 24.2 میکرون، 111.8 میکرون و 22 میکرون بوده که خطای محاسبه فرکانس تشدید در حل تحلیلی نسبت به تجربی 2 درصد و خطای حل عددی نسبت به تجربی 0.8 درصد میباشد. خطای محاسبه دامنه ارتعاشات کلگی ترانسدیوسر در فرکانس تشدید، در حل تحلیلی نسبت به تجربی 9 درصد و خطای حل عددی نسبت به تجربی 80 درصد میباشد. همچنین خطای محاسبه محل وقوع گره ارتعاشی در حل تحلیلی نسبت به شبیهسازی عددی 0.2 درصد میباشد.
کلمات کلیدی:ترانسدیسر آلتراسونیک پرقدرت، ارتعاشات آلتراسونیک، مدلسازی تحلیلی، آنالیز کوپله، پیزوالکتریک، فرکانس رزونانس و آنتیرزونانس.

27 شهریور 1397 / تعداد نمایش : 181