تست غیر مخرب پرتو زاویه ای
معرفی
واحدهای اولتراسونیک پرتو زاویه ای برای آزمایش غیر مخرب (NDT) اجسام جامد مانند لوله های فلزی استفاده می شود. آنها به ویژه برای تشخیص عیوب در نواحی جوشکاری و اطراف آن، مانند منافذ، ترک های کوچک، عدم همجوشی و غیره مفید هستند. NDT پرتو زاویه ای اغلب در مواردی استفاده می شود که آزمایش پرتو مستقیم برای یافتن عیوب تلاش می کند، به عنوان مثال، زمانی که ترک ها عمودی و نازک هستند و بنابراین به دلیل مقدار کمی انعکاس قابل تشخیص نیستند. اصل عملکرد پرتو زاویه ای NDT در تبدیل یک موج طولی (فشردهی) ارسال شده توسط مبدل به یک موج برشی شکسته (عرضی) در نمونه آزمایش است. سپس موج برشی توسط عیوب جسم آزمایشی منعکس می شود. در مقایسه با امواج طولی، امواج برشی تضعیف کمتر و طول موج کوتاهتری دارند که باعث میشود عیوب کوچکتری را تشخیص دهند.
در این آموزش از رابط های فیزیک امواج الاستیک، زمان صریح برای مدل سازی انتشار موج در محیط های الاستیک خطی استفاده شده است. رابط معادله موج الاستیک خطی نوشته شده در فرم سرعت-کرنش را با استفاده از روش المان محدود گالرکین ناپیوسته (dG-FEM) و یک طرح ادغام زمانی صریح حل می کند. این رویکرد برای حل مسائل گذرا در مقیاس بزرگ مناسب است. بخش پیزوالکتریک مبدل با اثر پیزوالکتریک، ویژگی چندفیزیکی زمان صریح مدلسازی میشود که امواج الاستیک، زمان صریح و رابطهای فیزیک الکترواستاتیک را جفت میکند. این مدل از یک مجموعه هندسی و یک مش غیر منطبق استفاده می کند.
تعریف مدل
مبدلهای پرتو زاویهای برای ایجاد موج برشی شکستی در نمونه آزمایشی طراحی شدهاند که در یک زاویه مشخص به سطح نمونه منتشر میشود، معمولاً از 40 درجه تا 70 درجه. زاویه یا شکست به خواص مواد گوه/نمونه آزمایشی مبدل جفت و زاویه تابش سیگنال اولتراسونیک بستگی دارد. موج طولی فرودی که با سرعت cp1 از گوه می گذرد منجر به شکست امواج طولی و برشی می شود که در نمونه آزمایشی به ترتیب با سرعت های cp2 و cs2 منتشر می شوند ( شکل 1 را ببینید ) . زوایای شکست طبق قانون اسنل به صورت تعریف شده است

زوایای بحرانی اول و دوم آنهایی هستند که به ترتیب β = 90 درجه و γ = 90 درجه می دهند. برای جفت گوه پلاستیکی با cp1 = 2080 m/ s و جسم آزمایشی آلومینیومی با cp2 = 6200 m/s و cs2 = 3120 m/s، این اولین و دومین زاویه بحرانی در حدود 19.5 درجه و 44.7 را به دست میدهد . درجه به ترتیب در این آموزش، زاویه شکست موج برشی γ = 45 درجه است که نتیجه آن زاویه تابش α = 28 درجه است. زاویه تابش بین زوایای بحرانی اول و دوم قرار دارد و بنابراین یک موج طولی شکسته شده در امتداد سطح نمونه آزمایشی عبور می کند.

شکل 1: شکست موج در مرز گوه/نمونه آزمایشی
واحدهای NDT پرتو زاویه ای معمولاً در فرکانس های بین 1 تا 10 مگاهرتز کار می کنند. واحد توسط سیگنال ولتاژ اعمال شده به مبدل پیزوالکتریک هدایت می شود. در این آموزش فرکانس مرکزی سیگنال f 0 = 1 مگاهرتز است. مبدل از طریق یک لایه مطابق به گوه متصل می شود. ضخامت مبدل و لایه تطبیق به ترتیب نصف و یک چهارم طول موج هستند. مبدل توسط یک بلوک لایه پشتی (که بلوک میرایی نیز نامیده می شود) در پشت احاطه شده است. بخش های اصلی راه اندازی در شکل 2 نشان داده شده است .
لایه منطبق و مواد بلوک میرایی باید به گونه ای انتخاب شوند که امپدانس صوتی اولی نزدیک به مبدل باشد، در حالی که امپدانس دومی نزدیک به میانگین هندسی مبدل و گوه باشد. . به این معنا که،

مواد معمولی که برای لایه های تطبیق و پشتی استفاده می شوند، کامپوزیت های آلومینا/اپوکسی یا تنگستن/اپوکسی هستند. خواص صوتی مورد نظر با مقدار آلومینا یا پودر تنگستن در کامپوزیت به دست می آید. خواص الاستیک چنین کامپوزیت دو فازی ممکن است بر اساس مدل دوانی تعریف شود (رجوع کنید به شماره 1 ). خواص اجزای واحد پرتو زاویه ای مورد استفاده در این مدل در جدول 1 آمده است .
واحد NDT بر روی یک نمونه آزمایش آلومینیومی قرار می گیرد که دارای نقصی به شکل شکستگی با ضخامت صفر است همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است .

شکل 2: تنظیم پرتو زاویه ای NDT: نمونه آزمایشی (زرد)، گوه (نارنجی)، مبدل پیزوالکتریک (آبی تیره)، لایه های همسان (فیروزه ای) و پشتی (سبز).
قسمت | مواد | چگالی، کیلوگرم بر متر مکعب | سرعت موج طولی، M/S | سرعت موج برشی، M/S |
مبدل | PZT-5H | 7500 | 4620 | 1750 |
گوه | پلاستیک اکریلیک | 1190 | 2080 | 1000 |
لایه همسان | آلومینا/اپوکسی | 2280 | 3400 | 1920 |
بلوک میرایی | تنگستن/اپوکسی | 6580 | 1500 | 775 |
نتایج و بحث
تکامل سیگنالی که از مبدل به سمت نقص در نمونه آزمایشی می رود در شکل 3 نشان داده شده است . توجه داشته باشید که امواج طولی و برشی از هم جدا شده اند: اولی با رنگ آبی و دومی به رنگ نارنجی نشان داده شده است. موج طولی تولید شده توسط مبدل از طریق گوه ( t = 4 μs ) حرکت می کند. سپس موج به سطح جسم مورد آزمایش برخورد می کند و یک موج برشی شکسته شروع به انتشار در آن می کند ( t = 6 μ s). موج برشی به سمت نقص حرکت می کند (t = 8 μ s)، به آن برخورد می کند و منعکس می شود. موج منعکس شده به سمت واحد آزمایش حرکت می کند ( t = 12 μ s).

شکل 3: پروفیل های موج در t = 4، 6، 8، و 12 μs .
شکل 4 سیگنال ولتاژ روی ترمینال مبدل را برای نمونه آزمایشی با نقص در بالای سیگنال مرجع نشان می دهد که وقتی شیء بازرسی شده هیچ نقصی ندارد ثبت شده است. سیگنال های بزرگنمایی شده در زمانی که موج منعکس شده به مبدل می رسد در شکل 5 نشان داده شده است . مشاهده می شود که سیگنال دریافتی به آرامی پس از t = 15 میکروثانیه شروع به انحراف از مرجع می کند ، در حالی که بخش اصلی سیگنال منعکس شده پس از t = 17 میکرو ثانیه به مبدل می رسد.

شکل 4: سیگنال ولتاژ روی ترمینال مبدل برای نمونه های آزمایشی با (سبز) و بدون (آبی) نقص.

شکل 5: سیگنال ولتاژ در زمان رسیدن موج منعکس شده زوم شده است.
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
مدل سازی نقص
نقص در نظر گرفته شده در این مدل یک شکست با ضخامت صفر است که با شرایط مرزی شکست موجود در رابط فیزیک امواج الاستیک، زمان صریح مدل سازی شده است. این شرط مرزی مفهوم یک رابط پیوند ناقص بین دو حوزه الاستیک را پیادهسازی میکند ( برای جزئیات نظری به مرجع 2 مراجعه کنید). خواص شکست از طریق سختی مرزی که دارای واحد تنش در طول است داده می شود. مورد سفتی مرز صفر استفاده شده در این مدل مربوط به سطح آزاد داخلی است.
هندسه و مش
هندسه مدل یک مجموعه است که باعث می شود قسمت های هندسه از یکدیگر جدا شده و از طریق جفت مرزهای هویت به هم متصل شوند . گرههای عناصر مش تولید شده برای جفتها لازم نیست در هر دو طرف مطابقت داشته باشند، بنابراین مش غیر منطبق میشود. برای مشکلات انتشار موج، نتایج ممکن زمانی به دست میآیند که مش طول موج امواج منتشر شده را حل کند. طول موج نیز به نوبه خود به سرعت صوت در ماده بستگی دارد. بنابراین مواد با سرعت صوت کمتر به مش ریزتری نسبت به آنهایی که سرعت صوت بالاتری دارند نیاز دارند. استفاده از مش غیر منطبق در این آموزش، کاهش تعداد DOF های حل شده در مدل را ممکن می سازد. در این مدل، مش طول موج امواج برشی در هر ماده را تعیین می کند و از جدول 1 آمده است.همانطور که در شکل 6 مشاهده می شود، یک عنصر مش در حوزه مبدل با حداقل دو عنصر مش در حوزه بلوک میرایی در طرف دیگر جفت مطابقت دارد . همین امر برای جفت نمونه گوه/آزمایش معتبر است.

شکل 6: مش مدل.
منابع
1. RA Webster، “مواد غیرفعال برای مبدل های اولتراسونیک پیزوکامپوزیت فرکانس بالا،” Ph.D. پایان نامه، دانشگاه بیرمنگام، 2010.
2. M. Schoenberg، “رفتار موج الاستیک در سراسر رابط های لغزش خطی”، J. Acoust. Soc. صبح. ، جلد 65، شماره 5، 1980.
مسیر کتابخانه برنامه: Acoustics_Module/Ultrasound/angle_beam_ndt
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی
Model Wizard کلیک کنید .

مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard روی ![]() |
2 | ![]() |
هندسه 1
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی Insert Sequence کلیک کنید و Insert Sequence را انتخاب کنید . |
2 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل angle_beam_ndt_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
تعاریف جهانی
هندسه
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، هندسه را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
پارامترهای مدل
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | ![]() |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل angle_beam_ndt_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
5 | در قسمت نوشتار Label ، Model Parameters را تایپ کنید . |
یک منبع ولتاژ داده شده توسط یک پالس گاوسی مدوله شده با فرکانس مرکزی f 0 ایجاد کنید .
منبع ولتاژ
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای تحلیل ، منبع ولتاژ را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | در قسمت متن نام تابع ، V0 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Definition را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، 100*exp(-((t – 2*T0)/(T0/2))^2)*sin(2*pi*f0*t) را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن Arguments ، t را تایپ کنید . |
6 | قسمت Units را پیدا کنید . در قسمت Function text، V را تایپ کنید . |
7 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
بحث و جدل | واحد |
تی | س |
8 | قسمت Plot Parameters را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
بحث و جدل | حد پایین | حد بالا | واحد |
تی | 0 | 10 * T0 | س |
9 | ![]() |
نتایج
منبع ولتاژ

1 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، منبع ولتاژ را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
سیگنال ولتاژ دریافتی توسط مبدل را هنگام آزمایش یک نمونه بدون هیچ نقصی بارگذاری کنید.
تعاریف جهانی
درون یابی 1 (int1)
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای درون یابی ، قسمت Definition را پیدا کنید . |
3 | از فهرست منبع داده ، فایل را انتخاب کنید . |
4 | ![]() |
5 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل angle_beam_ndt_no_defect_signal.txt دوبار کلیک کنید . |
توجه داشته باشید که می توانید روی Import کلیک کنید تا فایل وارد شده در مدل جاسازی شود.
6 | زیربخش توابع را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام تابع | موقعیت در پرونده |
V_no_defect | 1 |
7 | بخش Interpolation و Extrapolation را پیدا کنید . از لیست Extrapolation ، هیچکدام را انتخاب کنید . |
8 | قسمت Units را پیدا کنید . در جدول Function تنظیمات زیر را وارد کنید: |
تابع | واحد |
V_no_defect | V |
9 | در جدول Argument تنظیمات زیر را وارد کنید: |
بحث و جدل | واحد |
ستون 1 | س |
10 | ![]() |
نتایج
ولتاژ ترمینال
در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، ولتاژ پایانه را در قسمت متن برچسب تایپ کنید .
تابع 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Terminal Voltage را گسترش دهید ، سپس روی Function 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای عملکرد ، برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . |
3 | تیک Show legends را انتخاب کنید . |
4 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
بدون نقص |
6 | در نوار ابزار ترمینال ولتاژ ، روی ![]() ![]() |
انتخاب هایی را برای ساده کردن تنظیمات مدل ایجاد کنید.
تعاریف
مبدل
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی ![]() |
2 | فقط دامنه 6 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Transducer را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
4 | قسمت Color را پیدا کنید . از لیست رنگ ، رنگ 5 را انتخاب کنید . |
لایه تطبیق
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی ![]() |
2 | فقط دامنه 7 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Matching Layer را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
4 | قسمت Color را پیدا کنید . از لیست رنگ ، رنگ 10 را انتخاب کنید . |
بلوک میرایی
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی ![]() |
2 | فقط دامنه 4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Damping Block را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
4 | قسمت Color را پیدا کنید . از لیست رنگ ، رنگ 9 را انتخاب کنید . |
گوه
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی ![]() |
2 | فقط دامنه 5 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Wedge را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
4 | قسمت Color را پیدا کنید . از لیست رنگ ، رنگ 18 را انتخاب کنید . |
نمونه تست
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی ![]() |
2 | فقط دامنه های 1-3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Test Sample را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
4 | قسمت Color را پیدا کنید . از لیست Color ، Color 4 را انتخاب کنید . |
یک سیستم مختصات اضافه کنید تا کریستال پیزوالکتریک را طوری تراز کنید که محور Z آن عمود بر سطح مبدل باشد.
سیستم مختصات مبدل
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای سیستم بردار پایه ، بخش بردارهای پایه را پیدا کنید . |
3 | از فهرست فهرست خارج از صفحه ، 2 را انتخاب کنید . |
4 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ایکس | Y | |
x1 | cos (آلفا) | گناه (آلفا) |
x3 | گناه (آلفا) | cos (آلفا) |
5 | زیربخش Simplifications را پیدا کنید . تیک گزینه Assume orthonormal را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت نوشتار Label ، Transducer Coordinate System را تایپ کنید . |
یک نمای ایجاد کنید تا روی ناحیه مبدل و نقص بزرگنمایی کنید.
مشاهده 2
1 | در پنجره Model Builder ، روی Definitions کلیک راست کرده و View را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مشاهده ، بخش View را پیدا کنید . |
3 | تیک Lock axis را انتخاب کنید . |
محور
1 | در پنجره Model Builder ، گره View 2 را گسترش دهید ، سپس روی Axis کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Axis ، بخش Axis را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x حداقل ، -0.005 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن حداکثر x ، 0.04 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت حداقل y متن، -0.012 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن حداکثر y ، 0.012 را تایپ کنید . |
7 | ![]() |
نتیجه باید مانند آنچه در شکل 2 نشان داده شده است باشد .
اکنون، به تنظیم فیزیک ادامه دهید. توجه داشته باشید که هندسه مدل یک مجموعه است و بنابراین هر رابط فیزیک به طور خودکار شرط مرزی Continuity را بر همه جفتهای مرزی تحمیل میکند.
فیزیک را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Physics بروید . |
3 | در درخت، Acoustics>Elastic Waves>Elastic Waves، Time Explicit (elte) را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
امواج الاستیک، زمان صریح (ELTE)
امواج الاستیک، مدل صریح زمان 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Elastic Waves، Time Explicit (elte) روی Elastic Waves، Time Explicit Model 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for Elastic Waves، Time Explicit Model بخش Linear Elastic Material را پیدا کنید . |
3 | از لیست Specify ، سرعت موج فشار و موج برشی را انتخاب کنید . |
مواد پیزوالکتریک 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد پیزوالکتریک ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مبدل را انتخاب کنید . |
مرز کم انعکاس 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط مرزهای 1، 13 و 15 را انتخاب کنید. |
شکستگی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط مرز 8 را انتخاب کنید. |
امواج الاستیک، مدل صریح زمان 1
در پنجره Model Builder ، روی Elastic Waves, Time Explicit Model 1 کلیک کنید .
میرایی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره Settings for Damping ، بخش Domain Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Matching Layer را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Damping Settings را پیدا کنید . از لیست پارامترهای ورودی ، نسبت میرایی را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن f 1 ، 0.99*f0 را تایپ کنید . |
6 | در فیلد نوشتاری ζ 1 ، 5e-2 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن f 2 ، 1.01*f0 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت متن ζ 2 ، 5e-2 را تایپ کنید . |
میرایی 2
1 | روی Damping 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Damping ، بخش Domain Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Damping Block را انتخاب کنید . |
میرایی 3
1 | روی Damping 2 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Damping ، بخش Domain Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Wedge را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Damping Settings را پیدا کنید . در قسمت نوشتاری ζ 1 ، 1e-2 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت نوشتاری ζ 2 ، 1e-2 را تایپ کنید . |
میرایی 4
1 | روی Damping 3 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Damping ، بخش Domain Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، نمونه آزمایشی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Damping Settings را پیدا کنید . در قسمت متن ζ 1 ، 0.5e-2 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متنی ζ 2 ، 0.5e-2 را تایپ کنید . |
مواد پیزوالکتریک 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Elastic Waves، Time Explicit (elte) روی مواد پیزوالکتریک 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد پیزوالکتریک ، بخش انتخاب سیستم مختصات را پیدا کنید . |
3 | از لیست Coordinate System ، Transducer Coordinate System (sys2) را انتخاب کنید . |
میرایی مکانیکی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای میرایی مکانیکی ، بخش تنظیمات میرایی را پیدا کنید . |
3 | از لیست پارامترهای ورودی ، نسبت میرایی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متن f 1 ، 0.99*f0 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ζ 1 ، 0.5e-2 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن f 2 ، 1.01*f0 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متنی ζ 2 ، 0.5e-2 را تایپ کنید . |
فیزیک را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Physics بروید . |
2 | در درخت، AC/DC>Electric Fields and Currents>Electrostatics (es) را انتخاب کنید . |
3 | روی Add to Selection در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
الکترواستاتیک (ES)
1 | در پنجره تنظیمات برای الکترواستاتیک ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، مبدل را انتخاب کنید . |
بقای بار، پیزوالکتریک 1
1 | روی Component 1 (comp1)>Electrostatics (es) کلیک راست کرده و Charge Conservation, Piezoelectric را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حفظ شارژ ، پیزوالکتریک ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مبدل را انتخاب کنید . |
زمین 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط مرز 33 را انتخاب کنید. |
ترمینال 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی ![]() |
2 | فقط مرز 32 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات ترمینال ، قسمت ترمینال را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع ترمینال ، مدار را انتخاب کنید . |
فیزیک را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Physics بروید . |
2 | در درخت، AC/DC> Circuit Electrical (Cir) را انتخاب کنید . |
3 | روی Add to Component 1 در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
4 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
مدار الکتریکی (دایره)
منبع ولتاژ 1 (V1)
1 | روی Component 1 (comp1)> Electrical Circuit (cir) کلیک راست کرده و منبع ولتاژ را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات منبع ولتاژ ، بخش اتصالات گره را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
برچسب | نام گره ها |
n | 0 |
4 | قسمت Device Parameters را پیدا کنید . در قسمت متن v src ، V0(t) را تایپ کنید . |
مقاومت 1 (R1)
1 | در نوار ابزار مدار الکتریکی ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای مقاومت ، بخش Node Connections را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
برچسب | نام گره ها |
پ | 1 |
n | 2 |
4 | قسمت Device Parameters را پیدا کنید . در قسمت متن R ، 2[ohm] را تایپ کنید . |
ترمینال I خارجی 1 (termI1)
1 | در نوار ابزار Electrical Circuit ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای ترمینال I خارجی ، بخش Node Connections را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن نام گره، 2 را تایپ کنید . |
4 | قسمت External Terminal را پیدا کنید . از لیست V ، ولتاژ ترمینال (es/term1) را انتخاب کنید . |
چند فیزیک
اثر پیزوالکتریک، زمان صریح 1 (pzete1)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Multiphysics راست کلیک کرده و Piezoelectric Effect، Time Explicit را انتخاب کنید .
یک پروب متغیر جهانی تعریف کنید که سیگنال ولتاژ را در ترمینال ثبت کند.
تعاریف
پروب متغیر جهانی 1 (var1)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای پروب متغیر جهانی ، V_with_defect را در قسمت متن نام متغیر تایپ کنید . |
3 | روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Electrostatics>Terminals>es.V0_1 – Terminal Voltage – V را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Expression را پیدا کنید . چک باکس Description را انتخاب کنید . |
5 | کلیک کنید تا قسمت Table and Window Settings گسترش یابد . |
لایه های جذب کننده (لایه های اسفنجی) را که برای کوتاه کردن دامنه محاسباتی استفاده می شود، اضافه کنید.
لایه جذبی 1 (ab1)
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی ![]() |
2 | فقط دامنه های 1 و 3 را انتخاب کنید. |
اکنون، مواد را تنظیم کنید.
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Aluminium را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در درخت، Built-in>Acrylic plastic را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
مواد
پلاستیک اکریلیک (mat2)
1 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، Wedge را انتخاب کنید . |
مواد را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Material بروید . |
2 | در درخت، Built-in>Lead Zirconate Titanate (PZT-5H) را انتخاب کنید . |
3 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
4 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
مواد
سرب زیرکونات تیتانات (PZT-5H) (mat3)
1 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، مبدل را انتخاب کنید . |
مواد تطبیق
1 | در پنجره Model Builder ، روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Matching Layer را انتخاب کنید . |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
سرعت موج فشار | cp | cp_match | اماس | سرعت موج فشار و موج برشی |
سرعت موج برشی | cs | cs_match | اماس | سرعت موج فشار و موج برشی |
تراکم | rho | rho_match | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
5 | در قسمت نوشتار برچسب ، Matching Material را تایپ کنید . |
مواد میرایی
1 | روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Damping Block را انتخاب کنید . |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
سرعت موج فشار | cp | cp_damp | اماس | سرعت موج فشار و موج برشی |
سرعت موج برشی | cs | cs_damp | اماس | سرعت موج فشار و موج برشی |
تراکم | rho | rho_damp | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
5 | در قسمت نوشتار Label ، Damping Material را تایپ کنید . |
یک مش ایجاد کنید. مش باید به اندازه ای خوب باشد که کوتاه ترین طول موج را در هر ماده حل کند. توجه داشته باشید که گرههای عنصر مش در دو طرف جفتهای مرزی ناهمتراز هستند. در نتیجه، عناصر مش مجاور جفت ها اندازه های متفاوتی دارند که در شکل 6 نشان داده شده است ، که به کاهش تعداد DOF ها در مدل کمک می کند.
مش 1
نقشه برداری 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Mapped ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | فقط دامنه های 6 و 7 را انتخاب کنید. |
توزیع 1
1 | روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 34 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
4 | در فیلد متنی Number of element ، 3 را تایپ کنید . |
سایز 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مبدل را انتخاب کنید . |
4 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . روی دکمه Custom کلیک کنید . |
5 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
6 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، cs_pzt/f0/1.5 را تایپ کنید . |
سایز ۲
1 | روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست Selection ، Matching Layer را انتخاب کنید . |
4 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . روی دکمه Custom کلیک کنید . |
5 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
6 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، cs_match/f0/1.5 را تایپ کنید . |
مثلثی رایگان 1
در نوار ابزار Mesh ، روی
Free Triangular کلیک کنید .

سایز 1
1 | روی Free Triangular 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست Selection ، Damping Block را انتخاب کنید . |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . روی دکمه Custom کلیک کنید . |
6 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
7 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، cs_damp/f0/1.5 را تایپ کنید . |
سایز ۲
1 | در پنجره Model Builder ، روی Free Triangular 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، Wedge را انتخاب کنید . |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . روی دکمه Custom کلیک کنید . |
6 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
7 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، cs_plast/f0/1.5 را تایپ کنید . |
سایز 3
1 | روی Free Triangular 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، نمونه آزمایشی را انتخاب کنید . |
5 | بخش اندازه عنصر را پیدا کنید . روی دکمه Custom کلیک کنید . |
6 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
7 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، cs_al/f0/1.5 را تایپ کنید . |
8 | ![]() |
اضافه کردن مطالعه
1 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
2 | به پنجره Add Study بروید . |
3 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Time Dependent را انتخاب کنید . |
4 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در نوار ابزار Home ، روی ![]() |
مطالعه 1
مرحله 1: وابسته به زمان
1 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
2 | در قسمت متن زمان خروجی ، محدوده (0، T0/5، 30*T0) را تایپ کنید . |
این تنظیم راه حل را در مواقعی چند برابر T 0/5 در کل حوزه محاسباتی ذخیره می کند. این فقط بر راه حل ذخیره شده (و بنابراین اندازه فایل) تأثیر می گذارد. مراحل زمانی داخلی انجام شده توسط حل کننده به طور خودکار توسط COMSOL کنترل می شود تا شرایط CFL مناسب را برآورده کند.
از سوی دیگر، ولتاژ ترمینال در پروب برای هر مرحله زمانی که توسط حل کننده برداشته می شود محاسبه می شود، بنابراین وضوح زمانی بسیار بالاتری از نتیجه ارائه می شود.
3 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، ![]() |
تمام طرح ها در بخش های قبلی مستندات به تصویر کشیده شده است.
نتایج
ولتاژ ترمینال
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Results روی Terminal Voltage کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . |
3 | در قسمت متن عنوان ، ترمینال ولتاژ (V) را تایپ کنید . |
نمودار جدول 1
1 | روی Terminal Voltage کلیک راست کرده و Table Graph را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار جدول ، برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . |
3 | تیک Show legends را انتخاب کنید . |
4 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
5 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
با نقص |
6 | در نوار ابزار ترمینال ولتاژ ، روی ![]() |
امواج فشار و برشی
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح دو بعدی ، فشار و امواج برشی را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید. |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست زمان (ها) ، 1.2E-5 را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | روی Pressure and Shear Waves کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Expression ، sqrt(abs(elte.I2s))*sign(elte.I2s) را تایپ کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . ![]() |
5 | در کادر محاوره ای Color Table ، Aurora>Twilight را در درخت انتخاب کنید. |
6 | روی OK کلیک کنید . |
7 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
8 | از لیست مقیاس ، خطی متقارن را انتخاب کنید . |
9 | در نوار ابزار فشار و امواج برشی ، روی ![]() |
ضمیمه – دستورالعمل های مدل سازی هندسه
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی
Model Wizard کلیک کنید .

مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard روی ![]() |
2 | ![]() |
تعاریف جهانی
پارامترهای 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Global Definitions روی Parameters 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 | ![]() |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل angle_beam_ndt_geom_sequence_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
هندسه 1
مستطیل 1 (r1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، W را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، H را تایپ کنید . |
نقطه 1 (pt1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Point ، بخش Point را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن y ، HL*sin(alpha) را تایپ کنید . |
نقطه 2 (pt2)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Point ، بخش Point را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x ، L*cos(alpha) را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن y ، H را تایپ کنید . |
بخش خط 1 (ls1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در شی pt1 ، فقط نقطه 1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Line Segment ، قسمت Endpoint را پیدا کنید . |
4 | زیربخش End vertex را پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن ![]() |
5 | در شی pt2 ، فقط نقطه 1 را انتخاب کنید. |
اشیاء پارتیشن 1 (par1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | فقط شی r1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای اشیاء پارتیشن ، قسمت اشیاء پارتیشن را پیدا کنید . |
4 | زیربخش اشیاء ابزار را پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن فعال کردن انتخاب کلیک کنید . ![]() |
5 | فقط شی ls1 را انتخاب کنید. |
6 | ![]() |
حذف نهادهای 1 (del1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Delete Entities را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حذف نهادها ، بخش Entities یا Objects to Delete را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | در شی par1 ، فقط دامنه 2 را انتخاب کنید. |
5 | ![]() |
نقطه 3 (pt3)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Point ، بخش Point را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x ، (LD)/2*cos(alpha) را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن y ، H-(L+D)/2*sin(alpha) را تایپ کنید . |
نقطه 4 (pt4)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Point ، بخش Point را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن x ، (L+D)/2*cos(alpha) را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن y ، H-(LD)/2*sin(alpha) را تایپ کنید . |
مستطیل 2 (r2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، D را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، H_pzt+H_match را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، (LD)/2*cos(alpha) را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن y ، H-(L+D)/2*sin(alpha) را تایپ کنید . |
7 | قسمت Rotation Angle را پیدا کنید . در قسمت متن چرخش ، آلفا را تایپ کنید . |
8 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (متر) |
لایه 1 | H_match |
مستطیل 3 (r3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، L را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 3.5*H_pzt را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن y ، HL*sin(alpha) را تایپ کنید . |
6 | قسمت Rotation Angle را پیدا کنید . در قسمت متن چرخش ، آلفا را تایپ کنید . |
تفاوت 1 (dif1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | فقط شی r3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تفاوت ، بخش تفاوت را پیدا کنید . |
4 | زیربخش اشیاء را برای تفریق پیدا کنید . برای انتخاب دکمه ضامن ![]() |
5 | فقط شی r2 را انتخاب کنید. |
6 | تیک Keep objects to subtract را انتخاب کنید . |
7 | ![]() |
تقسیم 1 (spl1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | فقط شی r2 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای تقسیم ، روی ![]() |
لبه های پارتیشن 1 (pare1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در شی del1 ، فقط مرز 3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای لبه های پارتیشن ، قسمت موقعیت ها را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع مشخصات ، Vertex projection را انتخاب کنید . |
5 | در شی pt3 ، فقط نقطه 1 را انتخاب کنید. |
6 | در شی pt4 فقط نقطه 1 را انتخاب کنید. |
7 | ![]() |
مستطیل 4 (r4)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Size and Shape را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Width ، W_ts را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، H_ts را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، -W_ts/10 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن y ، -H_ts را تایپ کنید . |
7 | قسمت لایه ها را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (متر) |
لایه 1 | H_ts/2 |
8 | تیک Layers on bottom را پاک کنید . |
9 | تیک لایه های سمت چپ را انتخاب کنید . |
10 | تیک Layers را در سمت راست انتخاب کنید . |
چند ضلعی 1 (pol1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | در پنجره تنظیمات چند ضلعی ، بخش مختصات را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
X (M) | Y (M) |
0.017 | -0.01 |
0.019 | -0.009 |
اتحادیه 1 (uni1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |
2 | فقط اشیاء pol1 و r4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Union ، روی ![]() |
فرم اتحادیه (فین)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Geometry 1 روی Form Union (fin) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات Form Union/Assembly ، بخش Form Union/Assembly را پیدا کنید . |
3 | از لیست Action ، Form an assembly را انتخاب کنید . |
4 | تیک Create imprints را انتخاب کنید . |
5 | در نوار ابزار Geometry ، روی ![]() |