Электронный каталог НБ БНТУ

Статья

Степаненко, Дмитрий Александрович.
Моделирование составных кольцевых ультразвуковых волноводов с помощью метода конечных элементов = Modelling of Ring-Shaped Compound Ultrasonic Waveguides by Means of Finite Elements Method / Д. А. Степаненко, К. А. Бунчук. – DOI 10.21122/2227-1031-2021-20-6-476-481 // Наука и техника / гл. ред. Борис Михайлович Хрусталев; учредитель Белорусский национальный технический университет (Минск). – 2021. – Т.20 №6. – С. 476-481. – Режим доступа : https://rep.bntu.by/handle/data/107578. – На рус. яз.

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.
The paper describes a technique for modelling and optimization of ring-shaped compound ultrasonic waveguides consisting of two sequentially joined segments of different materials by means of finite elements method. The possibility of using such waveguides for amplifying vibrations in amplitude has been justified in the paper. The advantage of the developed technique consists in possibility of its realization by means of standard engineering software, particularly COMSOL Multiphysics. The correctness and efficiency of the technique is proved by comparing the numerical data with the simulation results by means of transfer matrix method using equations of vibration of Euler – Bernoulli and Timoshenko type. It is shown that in compound ring-shaped waveguides two kinds of vibration modes are possible – variable-sign and constant-sign, moreover only constant-sign modes are of practical interest for amplification of vibration amplitude. Recommendations for selection of optimal geometric parameters of the waveguides are given, particularly it is shown that for ensuring maximum vibration amplification factor it is necessary to choose central angles of the waveguide segments with account for calculated dependence between amplification factor and angle, characterized by presence of several local maxima of the amplification factor. It is noted that the high accuracy of the existing semi-analytical methods for calculating and designing ring-shaped waveguides is achieved using methods based on the application of Timoshenko-type equations of vibration.

621.372.8

общий = БД Труды научных работников БНТУ : 2021г.
труды сотрудников БНТУ = Приборостроительный факультет : кафедра "Конструирование и производство приборов"
труды сотрудников БНТУ = Физика. Механика. Гидравлика (труды)
общий = УЛЬТРАЗВУКОВЫЕ ВОЛНОВОДЫ
общий = КОНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МЕТОД
общий = АКУСТИЧЕСКИЕ КОНЦЕНТРАТОРЫ
общий = КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ