شبیه‌سازی اجزا محدود و ارزیابی عملکرد تجربی رادیاتور ارتعاشی فراصوت

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته دانشکده مهندسی مکانیک دانشگاه علم و صنعت ایران

2 گروه ساخت و تولید، دانشکده مهندسی مکانیک، دانشگاه علم و صنعت ایران، تهران، ایران

چکیده

در پژوهش حاضر از روش شبیه‌سازی اجزاء محدود و آزمون‌های تجربی برای طراحی، ساخت و ارزیابی عملکرد یک مجموعه رادیاتور ارتعاشی فراصوتی توان بالا بهره گرفته شده است. دو هدف اصلی در طراحی دستیابی به فرکانس تشدید نامی 20 کیلوهرتز در شکل مود ارتعاش طولی مجموعه ترنسدیوسر و بوستر و شکل مود خمشی صفحه رادیاتور و دور نمودن شکل مودهای مزاحم از محدوده فرکانسی شکل مود اصلی است. پس از طراحی و ساخت نمونه براساس نتایج شبیه‌سازی، آزمون‌های تجربی تحلیل مودال، آزمون ضربه و تحلیل امپدانسی برای ارزیابی مشخصات عملکردی مجموعه رادیاتور ارتعاشی فراصوت انجام گرفت. جهت صحت‌سنجی، نتایج شبیه‌سازی شامل فرکانس تشدید و موقعیت گره و شکم ارتعاشی با نتایج آزمون تجربی مقایسه شدند. نتایج آزمون‌های تجربی تعیین فرکانس تشدید و مقایسه آن با نتایج شبیه‌سازی (خطای کمتر از 0.5 درصد)، بیانگر دقت پیش‌بینی نتایج و تطابق فرکانس تشدید با مقدار نامی طراحی شده است. همچنین شکل مودهای مزاحم با فاصله قابل قبولی از شکل مود اصلی خمشی رادیاتور قرار داشتند. در نهایت نتایج آزمون اندازه‌گیری دامنه ارتعاشی بیانگر تطابق موقعیت نقاط گره و شکم ارتعاشی در آزمون تجربی با مقادیر شبیه‌سازی اجزاء محدود می‌باشد.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Finite Element Simulation and Experimental Evaluation of an Ultrasonic Radiator

نویسندگان [English]

  • Ariana Akbari 1
  • rezvan abedini 2
1 Iran University of science and engineering
2 Mechanical Engineering, Iran University of Science and Engineering, Tehran
چکیده [English]

In the current research, finite element simulation and experimental tests have been used to design, manufacture and evaluate the performance of a high-power ultrasonic radiator. The two main goals in the design are to achieve a nominal resonance frequency of 20 kHz in longitudinal mode shape of the transducer and booster assembly and the flexural mode shape of the radiator plate and to remove the disturbing modes from the frequency range of the main mode shape. After designing and manufacturing the sample based on the simulation results, experimental tests of modal analysis, impact test and impedance analysis were performed to evaluate the performance characteristics of the ultrasonic radiator. In order to verify the accuracy, the simulation results, including the resonance frequency and position of the node and anti-node, were compared with the experimental test results. The results of the experimental tests to determine the resonance frequency and compare it with the simulation results (error less than 0.5%), indicate the accuracy of the prediction of the results and the matching of the resonance frequency with the designed nominal value. Also, the disturbing mode shapes were at an acceptable distance from the main flexural mode shape of the radiator. Finally, the vibration amplitude measurement test results show that the position of the node and anti-node points in the experimental test match with the finite element simulation results.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Ultrasonic radiator
  • Ultrasonic vibrations
  • Finite Elements Simulation
  • Resonance Frequency
  • Vibration Amplitude