 |
فلومتر التراسونیک با مبدل های پیزوالکتریک
معرفی
فلومترهای اولتراسونیک برای تعیین سرعت جریان سیال از لوله استفاده می شود. اصل این است که یک سیگنال اولتراسونیک در سراسر جریان با زاویه انحراف ارسال شود. در صورت عدم وجود جریان، زمان ارسال بین فرستنده و گیرنده برای سیگنال های ارسال شده در جهت بالادست و پایین دست یکسان است. در غیر این صورت، موج حرکتی پایین دست سریعتر از موجی که در بالادست حرکت می کند، حرکت می کند. در بسیاری از موارد از مبدل های پیزوالکتریک برای ارسال و دریافت امواج اولتراسونیک استفاده می شود.
این آموزش نحوه شبیه سازی فلومتر اولتراسونیک با مبدل های پیزوالکتریک در حضور جریان پس زمینه را نشان می دهد. رویکرد شبیه‌سازی مبتنی بر روش گالرکین ناپیوسته (dG) است که برای مشکلات گذرا بزرگ از نظر صوتی مناسب است. این مدل یک مسئله چندفیزیکی واقعی است که شامل برهمکنش آکوستیک ساختار در سیالات متحرک و اثر پیزوالکتریک است. اولی با امواج الاستیک، زمان صریح و معادله موج همرفت، رابط‌های فیزیک صریح زمان همراه شده از طریق مرز ساختار آکوستیک جفت همرفت، ویژگی چندفیزیکی صریح زمان مدلسازی شده است. دومی با اثر پیزوالکتریک، ویژگی چندفیزیکی زمان صریح که امواج الاستیک، زمان صریح و رابط های فیزیک الکترواستاتیک را جفت می کند، مدیریت می شود.
تعریف مدل
فلومتر از یک لوله اصلی و یک لوله سیگنال با قطر کمتر تشکیل شده است. لوله سیگنال در زاویه α = 45 درجه به سمت لوله اصلی کج می شود. ابعاد لوله های استفاده شده در این آموزش با آنچه در فلومتر اولتراسونیک مدل با پیکربندی Generic Time-of-Flight ارائه شده است، یکسان است.. دیواره های لوله سفت و سخت در نظر گرفته می شوند. دو مبدل در دو انتهای لوله سیگنال قرار داده شده است. آنها به عنوان یک فرستنده و یک گیرنده عمل می کنند. هر دو مبدل یکسان هستند و از یک واحد پیزوالکتریک، یک لایه مطابق و یک بلوک میرایی تشکیل شده‌اند. یک سیگنال ولتاژ ورودی اعمال شده به فرستنده منجر به تغییر شکل مکانیکی مبدل پیزوالکتریک می شود که به دلیل اثر معکوس پیزوالکتریک است. تغییر شکل مکانیکی به نوبه خود یک موج صوتی در سیال ایجاد می کند. هنگامی که موج صوتی به گیرنده می رسد، فرآیند معکوس انجام می شود: بار مکانیکی به دلیل اثر مستقیم پیزوالکتریک به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود.
همانطور که قبلا ذکر شد، این مدل انتشار موج صوتی را در حضور یک جریان پس‌زمینه مطالعه می‌کند. جزئیات محاسبه جریان پس‌زمینه و تخمین سرعت جریان با استفاده از روش زمان پرواز در مدل فلومتر اولتراسونیک با پیکربندی عمومی زمان پرواز ارائه شده است و بنابراین در اینجا تکرار نمی‌شود. تمرکز این آموزش بر تعامل صوتی بین سیال و جامد و تبدیل سیگنال الکتریکی ورودی – موج صوتی در سیال متحرک – سیگنال الکتریکی خروجی است . این مدل مشکل سه بعدی کامل را با شرط تقارن اعمال شده بر صفحه ساژیتال سازه حل می کند.
فرستنده و گیرنده را می توان به جای هم استفاده کرد. بنابراین، اصول ساخت آنها یکسان است. بخش اصلی یک دیسک ساخته شده از یک ماده پیزوالکتریک (در اینجا PZT-5H) است که برای تبدیل بین امواج الکتریکی و مکانیکی استفاده می شود. ضخامت آن 1/2 طول موج در نظر گرفته می شود.
انتشار مستقیم موج صوتی از مواد پیزوالکتریک به سیال منجر به بازتاب قابل توجهی از سطح مشترک جامد/سیال و در نتیجه تلفات می شود. این به دلیل عدم تطابق امپدانس است: برای آب، امپدانس آکوستیک مشخصه 
MRayl، و برای PZT-5H، 
MRayl. بنابراین، برای به حداقل رساندن تلفات، یک لایه مطابق با طول موج 1/4 مورد نیاز است. امپدانس آن باید نزدیک به میانگین هندسی مواد پیزوالکتریک و سیال باشد، یعنی
MRayl، و برای PZT-5H، 
MRayl. بنابراین، برای به حداقل رساندن تلفات، یک لایه مطابق با طول موج 1/4 مورد نیاز است. امپدانس آن باید نزدیک به میانگین هندسی مواد پیزوالکتریک و سیال باشد، یعنی
MRayl.عنصر پیزوالکتریک توسط یک بلوک لایه پشتی (که بلوک میرایی نیز نامیده می شود) در پشت احاطه شده است. بلوک میرایی امواج تابش شده از پشت عنصر پیزوالکتریک را جذب می کند. خواص مواد تطبیق و میرایی مورد استفاده در جدول 1 نشان داده شده است .
قسمت | مواد | چگالی، کیلوگرم بر متر مکعب | سرعت موج طولی، M/S | سرعت موج برشی، M/S |
لایه همسان | آلومینا/اپوکسی | 2280 | 3400 | 1920 |
بلوک میرایی | تنگستن/اپوکسی | 6580 | 1500 | 775 |
سیگنال ورودی اعمال شده به فرستنده یک پالس ولتاژ هارمونیک با دامنه V 0 = 50 ولت، فرکانس f 0 = 2.5 مگاهرتز و مدت زمان 2 میکرو ثانیه است. مشخصات ولتاژ در شکل 1 نشان داده شده است .
شکل 1: ولتاژ ورودی اعمال شده به فرستنده.
نتایج و بحث
جریان سیال پس زمینه محاسبه شده و پروفیل های موج فشار صوتی در حوزه های جامد و سیال در شکل 2 و شکل 3 نشان داده شده است . سیگنال ساطع شده توسط فرستنده با سرعت t = 4 μs (گوشه سمت چپ بالا) در سیال منتشر می شود. سیگنال در t = 6 μ s (گوشه سمت راست بالا) به دیواره بالایی لوله اصلی می رسد و بیشتر در لوله سیگنال به گیرنده در t = 8 μs (گوشه سمت چپ پایین) منتشر می شود. سیگنال به انتهای لوله سیگنال می رسد و یک موج الاستیک در گیرنده در t = 10 μs (گوشه پایین سمت راست) ایجاد می کند.
موج الاستیک در عنصر پیزوالکتریک گیرنده به سیگنال الکتریکی تبدیل می شود. در شکل 4 نمایه های ولتاژ ورودی اعمال شده به مبدل و سیگنال الکتریکی خروجی خوانده شده بر روی گیرنده را مشاهده می کنید.
شکل 2: میزان متوسط جریان پس زمینه در فلومتر
شکل 3: انتشار سیگنال فشار صوتی در 4 مرحله زمانی.
شکل 4: سیگنال های الکتریکی ورودی و خروجی به عنوان تابعی از زمان.
نکاتی درباره پیاده سازی COMSOL
هندسه و مش
هندسه مدل یک مجموعه است و بنابراین بخش‌هایی از هندسه از یکدیگر جدا شده و از طریق جفت‌های مرزی هویت به هم متصل می‌شوند . 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. در حوزه های جامد، حداقل طول موج توسط سرعت موج برشی داده می شود. بنابراین مواد با سرعت صوت کمتر به مش ریزتری نسبت به آنهایی که سرعت صوت بالاتری دارند نیاز دارند (سرعت موج برشی را برای تطابق و ماده میرایی که در جدول 1 ارائه شده است مقایسه کنید ). استفاده از مش غیر منطبق در این آموزش، کاهش تعداد DOF های حل شده در مدل را ممکن می سازد.
مسیر کتابخانه برنامه: Acoustics_Module/Ultrasound/flow_meter_piezoelectric_transducers
دستورالعمل مدلسازی
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی 
Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 |  روی Done کلیک کنید . |
هندسه 1
بارگذاری پارامترهایی که هندسه و خصوصیات فیزیکی سیستم را تعریف می کنند.
تعاریف جهانی
پارامترهای هندسه
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 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل flow_meter_piezoelectric_transducers_geometry_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
5 | در قسمت نوشتار Label ، هندسه پارامترها را تایپ کنید . |
پارامترهای مدل
1 | در نوار ابزار Home ، روی  پارامترها کلیک کنید و Add>Parameters را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل flow_meter_piezoelectric_transducers_model_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
5 | در قسمت نوشتار Label ، Model Parameters را تایپ کنید . |
دنباله هندسه مدل را از فایل هندسه وارد کنید. دستورالعمل های مربوط به هندسه در ضمیمه انتهای این سند آمده است.
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 flow_meter_piezoelectric_transducers_geom_sequence.mph دوبار کلیک کنید . |
3 | در نوار ابزار Geometry ، روی  ساختن همه کلیک کنید . |
سیگنال ولتاژ محرک اعمال شده به فرستنده را مشخص کنید.
تعاریف جهانی
مستطیل 1 (راست1)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Global>Rectangle را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، بخش Parameters را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متنی Lower limit ، 0.5e-6 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متنی حد بالا ، 1.5e-6 را تایپ کنید . |
5 | برای گسترش بخش Smoothing کلیک کنید . در قسمت متن Size of transition zone ، 1e-6 را تایپ کنید . |
6 |  روی Plot کلیک کنید . |
تحلیلی 1 (an1)
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Functions کلیک کنید و Global>Analytic را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تحلیل ، Vin را در قسمت متن نام تابع تایپ کنید . |
3 | قسمت Definition را پیدا کنید . در قسمت متن Expression ، V0*sin(2*pi*f0*t)*rect1(t) را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن Arguments ، t را تایپ کنید . |
5 | قسمت Units را پیدا کنید . در قسمت Function text، V را تایپ کنید . |
6 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
بحث و جدل | واحد |
تی | س |
7 | 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 |
8 |  روی Plot کلیک کنید . |
سیگنال الکتریکی ورودی باید مانند شکل 1 باشد .
انتخاب هایی را برای ساده کردن تنظیمات مدل ایجاد کنید.
تعاریف
اب
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 1-3 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، آب را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
PZT
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 5 و 9 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، PZT را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
تطابق
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 6 و 7 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Matching را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
پشتیبان گیری
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | فقط دامنه های 4 و 8 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، Backing را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
تقارن
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرزهای 2، 6، 16، 22، 30، 33، 40، 46 و 55 را انتخاب کنید. |
5 | در قسمت Label text Symmetry را تایپ کنید . |
ورودی جریان
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرز 1 را انتخاب کنید. |
5 | در قسمت Label text Flow Inlet را تایپ کنید . |
خروجی جریان
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Explicit کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Explicit ، بخش Input Entities را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، Boundary را انتخاب کنید . |
4 | فقط مرز 19 را انتخاب کنید. |
5 | در قسمت Label text Flow Outlet را تایپ کنید . |
جامد
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Union کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Union ، Solid را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Input Entities را پیدا کنید . در قسمت Selections to add ، روی  Add کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره‌ای افزودن ، در فهرست انتخاب‌ها برای افزودن ، PZT ، Matching و Backing را انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
یک سیستم مختصاتی را تعریف کنید که با جهت گیری مواد پیزوالکتریک مطابقت دارد: محور Z از کریستال های پیزوالکتریک در امتداد محور لوله سیگنال.
سیستم مختصات مبدل
1 | در نوار ابزار تعاریف ، روی  Coordinate Systems کلیک کنید و Base Vector System را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای سیستم بردار پایه ، بخش بردارهای پایه را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ایکس | Y | Z | |
x1 | cos (آلفا) | 0 | گناه (آلفا) |
x3 | گناه (آلفا) | 0 | cos (آلفا) |
4 | زیربخش Simplifications را پیدا کنید . تیک گزینه Assume orthonormal را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت نوشتار Label ، Transducer Coordinate System را تایپ کنید . |
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  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics باز شود . |
2 | به پنجره Add Physics بروید . |
3 | در درخت، Fluid Flow>Single-Phase Flow>Turbulent Flow>Turbulent Flow، k- ω (spf) را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Selection در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
جریان آشفته، K- ω (SPF)
1 | در پنجره تنظیمات برای جریان آشفته ، k- ω ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، آب را انتخاب کنید . |
ورودی 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Turbulent Flow، k- ω (spf) کلیک راست کرده و Inlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ورودی ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، ورودی جریان را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Boundary Condition را پیدا کنید . از لیست، جریان کاملاً توسعه یافته را انتخاب کنید . |
5 | قسمت Fully Developed Flow را پیدا کنید . در قسمت متن U av ، Uin را تایپ کنید . |
این شرایط مرزی یک پروفیل جریان آشفته کاملاً توسعه یافته در ورودی را تضمین می کند.
خروجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Outlet را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Outlet ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، خروجی جریان را انتخاب کنید . |
تقارن 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تقارن ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Symmetry را انتخاب کنید . |
تداوم جریان 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Flow Continuity 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تداوم جریان ، بخش Advanced را پیدا کنید . |
3 | تیک Disconnect Pair را انتخاب کنید . |
فیزیک را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Physics بروید . |
2 | در درخت، Acoustics>Ultrasound>Convected Wave Equation، Time Explicit (cwe) را انتخاب کنید . |
3 | روی Add to Selection در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
معادله موج همرفت، زمان صریح (CWE)
1 | در پنجره تنظیمات برای معادله موج همرفت ، زمان صریح ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، آب را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره Model Builder ، روی معادله موج همرفت ، زمان صریح (cwe) کلیک کنید . |
امپدانس آکوستیک خاص (ایزنتروپیک) 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Specific Acoustic Impedance (Isentropic) را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 1 و 19 را انتخاب کنید. |
تقارن 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تقارن ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Symmetry را انتخاب کنید . |
فیزیک را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Physics بروید . |
2 | در درخت، Acoustics>Elastic Waves>Elastic Waves، Time Explicit (elte) را انتخاب کنید . |
3 | روی Add to Selection در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
امواج الاستیک، زمان صریح (ELTE)
1 | در پنجره تنظیمات برای امواج الاستیک ، زمان صریح ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، جامد را انتخاب کنید . |
مواد پیزوالکتریک 1
روی Component 1 (comp1)>Elastic Waves، Time Explicit (elte) کلیک راست کرده و Piezoelectric Material را انتخاب کنید .
امواج الاستیک، مدل صریح زمان 1
1 | در پنجره Settings for Elastic Waves، Time Explicit Model بخش Linear Elastic Material را پیدا کنید . |
2 | از لیست Specify ، سرعت موج فشار و موج برشی را انتخاب کنید . |
مواد پیزوالکتریک 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی مواد پیزوالکتریک 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد پیزوالکتریک ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، PZT را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Coordinate System Selection را پیدا کنید . از لیست Coordinate System ، Transducer Coordinate System (sys2) را انتخاب کنید . |
مرز کم انعکاس 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Low-Reflecting Boundary را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 21 و 52 را انتخاب کنید. |
تقارن 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای تقارن ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Symmetry 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  Attributes کلیک کنید و Damping را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Damping ، بخش Domain Selection را پیدا کنید . |
3 | از فهرست انتخاب ، مطابقت 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 متنی ζ 1 ، 0.01 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن f 2 ، 1.01*f0 را تایپ کنید . |
8 | در فیلد متنی ζ 2 ، 0.01 را تایپ کنید . |
امواج الاستیک، مدل صریح زمان 1
در پنجره Model Builder ، روی Elastic Waves, Time Explicit Model 1 کلیک کنید .
میرایی 2
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Damping را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for Damping ، بخش Domain Selection را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، پشتیبان 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 متنی ζ 1 ، 0.025 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن f 2 ، 1.01*f0 را تایپ کنید . |
8 | در فیلد متنی ζ 2 ، 0.025 را تایپ کنید . |
مواد پیزوالکتریک 1
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Elastic Waves، Time Explicit (elte) روی مواد پیزوالکتریک 1 کلیک کنید .
میرایی مکانیکی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Attributes کلیک کنید و Mechanical Damping را انتخاب کنید . |
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 فیلد متنی ζ 1 ، 0.005 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن f 2 ، 1.01*f0 را تایپ کنید . |
7 | در فیلد متنی ζ 2 ، 0.005 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 . |
4 | در نوار ابزار Physics ، روی  Add Physics کلیک کنید تا پنجره Add Physics بسته شود . |
الکترواستاتیک (ES)
1 | در پنجره تنظیمات برای الکترواستاتیک ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، PZT را انتخاب کنید . |
3 | در پنجره Model Builder ، روی Electrostatics (es) کلیک کنید . |
بقای بار، پیزوالکتریک 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Domains کلیک کنید 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 ، PZT را انتخاب کنید . |
زمین 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Ground را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 29 و 57 را انتخاب کنید. |
پتانسیل الکتریکی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Electric Potential را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 32 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات Electric Potential ، قسمت Electric Potential را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی V 0 ، Vin(t) را تایپ کنید . |
پتانسیل شناور 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Floating Potential را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 54 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای پتانسیل شناور ، بخش پتانسیل شناور را پیدا کنید . |
4 | کادر بررسی گروه بالقوه شناور را انتخاب کنید . |
صفحه تقارن 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Symmetry Plane را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه تقارن ، قسمت انتخاب مرز را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Symmetry را انتخاب کنید . |
ویژگی های جفت چندفیزیکی را اضافه کنید.
چند فیزیک
اثر پیزوالکتریک، زمان صریح 1 (pzete1)
در نوار ابزار Physics ، روی Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Piezoelectric Effect، Time Explicit را انتخاب کنید .
Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Piezoelectric Effect، Time Explicit را انتخاب کنید .جفت مرز ساختار آکوستیک همرفت، زمان صریح 1 (cspte1)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Multiphysics Couplings کلیک کنید و Boundary>Pair Convected Acoustic-Structure Boundary, Time Explicit را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Pair Convected Acoustic-Structure Boundary, Time Explicit , قسمت انتخاب جفت را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Pairs ، روی  افزودن کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای افزودن ، در لیست جفت ها ، جفت مرز هویت 1 (ap1) و جفت مرز هویت 2 (ap2) را انتخاب کنید . |
5 | روی OK کلیک کنید . |
کوپلینگ جریان سیال پس زمینه 1 (bffc1)
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Multiphysics Couplings کلیک کنید و Domain>Background Fluid Flow Coupling را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اتصال جریان سیال پس زمینه ، قسمت انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، آب را انتخاب کنید . |
اکنون، مواد را تنظیم کنید.
مواد را اضافه کنید
1 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material باز شود . |
2 | به پنجره Add Material بروید . |
3 | در درخت، Built-in>Water, liquid را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
5 | در درخت، Built-in>Lead Zirconate Titanate (PZT-5H) را انتخاب کنید . |
6 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
7 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
سرب زیرکونات تیتانات (PZT-5H) (mat2)
1 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، PZT 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 فهرست انتخاب ، مطابقت را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت نوشتار برچسب ، Matching Material را تایپ کنید . |
5 | 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 |
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 انتخاب ، پشتیبان را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت نوشتار Label ، Damping Material را تایپ کنید . |
5 | 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 |
یک مش برای شبیه سازی CFD ایجاد کنید.
مش 1 – CFD
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Mesh 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، قسمت Physics-Controlled Mesh را پیدا کنید . |
3 | در جدول، کادرهای علامت استفاده را برای معادله موج همرفت ، زمان صریح (cwe) ، امواج الاستیک ، زمان صریح (elte) ، الکترواستاتیک (es) ، اثر پیزوالکتریک ، زمان صریح 1 (pzete1) ، جفت مرز همرفت آکوستیک-ساختار پاک کنید. ، زمان صریح 1 (cspte1) و جفت جریان سیال پس زمینه 1 (bffc1) . |
4 |  روی ساخت همه کلیک کنید . |
5 | در پنجره Model Builder ، روی Mesh 1 کلیک کنید . |
6 | در قسمت نوشتار Label ، Mesh 1 – CFD را تایپ کنید . |
ریشه
در نوار ابزار Home ، روی Windows کلیک کنید و Add Study را انتخاب کنید .
Windows کلیک کنید و Add Study را انتخاب کنید .اضافه کردن مطالعه
1 | به پنجره Add Study بروید . |
2 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه پیدا کنید . در جدول، کادرهای حل را برای معادله موج همرفت ، زمان صریح (cwe) ، امواج الاستیک ، زمان صریح (elte) و الکترواستاتیک (es) پاک کنید . |
3 | جفت های Multiphysics را در زیربخش مطالعه پیدا کنید . در جدول، کادرهای حل را برای اثر پیزوالکتریک ، زمان صریح 1 (pzete1) ، جفت مرز ساختار آکوستیک همرفت ، زمان صریح 1 (cspte1) و جفت جریان سیال پس‌زمینه 1 (bffc1) پاک کنید . |
4 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Stationary را انتخاب کنید . |
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
مطالعه 1
مرحله 1: ثابت
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
4 | در قسمت نوشتار Label ، Study 1 – CFD را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
رابط جریان آشفته از گسسته سازی خطی برای متغیرهای وابسته استفاده می کند. این بر ترتیب تقریب شکل هندسی تأثیر می گذارد که به طور پیش فرض همان ترتیب گسسته سازی انتخاب شده در اولین رابط فیزیک موجود در درخت مدل است. از سوی دیگر، گسسته سازی مرتبه بالاتر (به ازای هر پیش فرض کوارتیک) برای شبیه سازی آکوستیک استفاده می شود. عدم تطابق بین هندسه و گسسته سازی متغیرهای وابسته می تواند باعث ایجاد ناپایداری در حل شود. بنابراین، توصیه می شود که ترتیب تقریب شکل هندسی را به صورت دستی به لاگرانژ درجه دوم افزایش دهید.. توجه داشته باشید که در صورت عدم انجام این تغییر، هنگام حل مدل پیام هشدار داده می شود. در مورد حاضر، عدم تغییر ترتیب شکل هندسی نیز منجر به ناپایداری عددی و نتایج نادرست خواهد شد.
جزء 1 (COMP1)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Component 1 (comp1) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Component ، بخش Curved Mesh Elements را پیدا کنید . |
3 | از لیست تابع شکل هندسه ، لاگرانژ درجه دوم را انتخاب کنید . |
برای کوتاه کردن دامنه محاسباتی، لایه های جذب کننده (لایه های اسفنجی) را اضافه کنید.
تعاریف
لایه جذبی 1 (ab1)
1 | در پنجره Model Builder ، گره Component 1 (comp1) را گسترش دهید . |
2 | روی Component 1 (comp1)>Definitions کلیک راست کرده و Absorbing Layer را انتخاب کنید . |
3 | فقط دامنه های 1 و 3 را انتخاب کنید. |
یک مش آکوستیک ایجاد کنید. مش باید به اندازه ای خوب باشد که کوتاه ترین طول موج را در هر ماده حل کند. توجه داشته باشید که گره های عنصر مش در یک طرف جفت های مرزی با گره های طرف دیگر مطابقت ندارند. در نتیجه، المان‌های مش مجاور جفت‌ها اندازه‌های متفاوتی دارند که به کاهش تعداد DOF در مدل کمک می‌کند.
مش 2 – آکوستیک
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی Add Mesh کلیک کنید و Add Mesh را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مش ، Mesh 2 – Acoustics را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
مثلثی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Boundary کلیک کنید و Free Triangular را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 32، 35، 37، 42، 43 و 54 را انتخاب کنید. |
سایز 1
1 | روی Free Triangular 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 32 و 54 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
4 | 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/f0/2 را تایپ کنید . |
سایز ۲
1 | در پنجره Model Builder ، روی Free Triangular 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 35، 37، 42 و 43 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
4 | 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/f0/2 را تایپ کنید . |
جارو 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، PZT را انتخاب کنید . |
توزیع 1
1 | روی Swept 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | در فیلد متنی Number of elements ، 4 را تایپ کنید . |
جارو 2
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Swept کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Swept ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از فهرست انتخاب ، مطابقت را انتخاب کنید . |
توزیع 1
1 | روی Swept 2 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
3 | در فیلد متنی Number of element ، 2 را تایپ کنید . |
چهار وجهی رایگان 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Free Tetrahedral کلیک کنید . |
هنگام مدلسازی با استفاده از واسط‌های فیزیک که مبتنی بر روش DG هستند، مهم است که از عناصر شبکه کوچک اجتناب کنید، زیرا آنها مراحل زمانی برداشته‌شده توسط حل‌کننده را کنترل می‌کنند. برای جلوگیری از این امر از قابلیت بهینه سازی کیفیت عنصر موجود برای مش چهاروجهی استفاده کنید . این گام بسیار مهم است.
2 | در پنجره تنظیمات برای Free Tetrahedral ، برای گسترش بخش Element Quality Optimization کلیک کنید . |
3 | از لیست سطح بهینه سازی ، High را انتخاب کنید . |
4 | تیک Avoid too small elements را انتخاب کنید . |
سایز 1
1 | روی Free Tetrahedral 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 ، آب 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، lam0/1.5 را تایپ کنید . |
8 | کادر حداقل اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، lam0/3 را تایپ کنید . |
سایز ۲
1 | در پنجره Model Builder ، روی Free Tetrahedral 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 ، پشتیبان 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 . |
8 | در پنجره Model Builder ، روی Mesh 2 – Acoustics کلیک راست کرده و Build All را انتخاب کنید .  |
ریشه
در نوار ابزار Home ، روی Windows کلیک کنید و Add Study را انتخاب کنید .
Windows کلیک کنید و Add Study را انتخاب کنید .اضافه کردن مطالعه
1 | به پنجره Add Study بروید . |
2 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه پیدا کنید . در جدول، کادرهای حل را برای جریان آشفته ، k- ω (spf) ، معادله موج همرفت ، زمان صریح (cwe) ، امواج الاستیک ، زمان صریح (elte) و الکترواستاتیک (es) پاک کنید . |
3 | جفت های Multiphysics را در زیربخش مطالعه پیدا کنید . در جدول، کادرهای حل را برای اثر پیزوالکتریک ، زمان صریح 1 (pzete1) و مرز همرفت آکوستیک-ساختار جفت، زمان صریح 1 ( cspte1 ) پاک کنید . |
4 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت Select Study ، Preset Studies for Selected Multiphysics>Mapping را انتخاب کنید . |
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 2 – نقشه برداری
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 2 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، Study 2 – Mapping را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
مرحله 1: نقشه برداری
1 | در پنجره Model Builder ، در مطالعه 2 – Mapping روی مرحله 1: Mapping کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات نقشه برداری ، بخش Solution to Map را پیدا کنید . |
3 | از لیست مطالعه ، مطالعه 1 – CFD، Stationary را انتخاب کنید . |
4 | برای گسترش بخش Destination Mesh Selection کلیک کنید . در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
5 |  روی Windows کلیک کنید و Add Study را انتخاب کنید . |
اضافه کردن مطالعه
1 | به پنجره Add Study بروید . |
2 | رابط های فیزیک را در زیربخش مطالعه پیدا کنید . در جدول، کادر حل را برای جریان آشفته ، k- ω (spf) پاک کنید . |
3 | جفت های Multiphysics را در زیربخش مطالعه پیدا کنید . در جدول، کادر حل را برای اتصال جریان سیال پس‌زمینه 1 (bffc1) پاک کنید . |
4 | زیربخش مطالعات را پیدا کنید . در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Time Dependent را انتخاب کنید . |
5 | روی Add Study در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
6 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Study کلیک کنید تا پنجره Add Study بسته شود . |
مطالعه 3 – آکوستیک
1 | در پنجره Model Builder ، روی Study 3 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مطالعه ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | تیک Generate defaults defaults را پاک کنید . |
4 | در قسمت نوشتار Label ، Study 3 – Acoustics را تایپ کنید . |
مرحله 1: وابسته به زمان
1 | در پنجره Model Builder ، در مطالعه 3 – Acoustics روی مرحله 1: وابسته به زمان کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مربوط به زمان وابسته ، قسمت تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن زمان خروجی ، محدوده (0، T0/5، 30*T0) را تایپ کنید . |
4 | برای گسترش بخش Values of Dependent Variables کلیک کنید . مقادیر متغیرهای حل نشده را برای بخش فرعی پیدا کنید . از لیست تنظیمات ، کنترل کاربر را انتخاب کنید . |
5 | از لیست روش ، راه حل را انتخاب کنید . |
6 | از لیست مطالعه ، مطالعه 2 – نقشه برداری، نقشه برداری را انتخاب کنید . |
7 | فیلدهای Store را در زیربخش خروجی پیدا کنید . از لیست تنظیمات ، برای انتخاب ها را انتخاب کنید . |
8 | در قسمت Selections ، روی  افزودن کلیک کنید . |
نتایج را فقط در صفحه تقارن ذخیره کنید.
9 | در کادر محاوره ای افزودن ، Symmetry را در لیست انتخاب ها انتخاب کنید . |
10 | روی OK کلیک کنید . |
11 | در نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
در پس پردازش بعدی، وضوح در زیر بخش کیفیت در تمام نمودارهای آکوستیک افزایش می یابد . این به دلیل گسسته‌سازی مورد استفاده برای رابط‌های آکوستیک است که مرتبه چهارم در هر پیش‌فرض است. بنابراین برای ارائه درست راه حل، وضوح باید افزایش یابد.
نتایج
سرعت جریان پس زمینه
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات گروه طرح سه بعدی ، Background Flow Velocity را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . چک باکس نمایش مقادیر حداکثر و حداقل را انتخاب کنید . |
4 | تیک Show units را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | روی Background Flow Velocity کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید . |
2 | در نوار ابزار Background Flow Velocity ، روی  Plot کلیک کنید . |
دامنه میانگین سرعت جریان پس زمینه که بر روی سطح هندسه ترسیم شده است باید مانند شکل 2 باشد .
فشار آکوستیک و الاستیک
در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید .
Add Plot Group کلیک کنید و 3D Plot Group را انتخاب کنید .فشار را در حوزه سیال و جامد رسم کنید و سیگنال صوتی منتشر شده را در زمان های مختلف بازرسی کنید تا نتایجی مانند آنچه در شکل 3 وجود دارد به دست آورید .
1 | در پنجره Settings for 3D Plot Group ، Acoustic and Elastic Pressure را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
2 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، مطالعه 3 – Acoustics/Solution 3 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . چک باکس نمایش مقادیر حداکثر و حداقل را انتخاب کنید . |
5 | تیک Show units را انتخاب کنید . |
سطح 1
روی Acoustic and Elastic Pressure کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید .
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Acoustic and Elastic Pressure را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
3 | در قسمت Expression text، p2 را تایپ کنید . |
4 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید .  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره ای جدول رنگ ، Wave>Wave 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 | برای گسترش بخش کیفیت کلیک کنید . از لیست Resolution ، Custom را انتخاب کنید . |
10 | در قسمت Element refinement text، 6 را تایپ کنید . |
11 | از لیست Smoothing ، Inside geometry domains را انتخاب کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Surface 1 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای انتخاب ، قسمت انتخاب را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، Symmetry را انتخاب کنید . |
سطح 2
1 | روی Surface 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش Expression کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Elastic Waves، Time Explicit>Stress>elte.p – Pressure – Pa را انتخاب کنید . |
3 | برای گسترش بخش Inherit Style کلیک کنید . از لیست Plot ، Surface 1 را انتخاب کنید . |
فشار آکوستیک و الاستیک
روی Surface 2 کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید .
سطح 3
1 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
2 | در قسمت Expression text، 1 را تایپ کنید . |
انتخاب 1
1 | روی Surface 3 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 3، 4، 7-9، 11-13، 17 و 18 را انتخاب کنید. |
ظاهر مواد 1
1 | روی Surface 3 کلیک راست کرده و Material Appearance را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ظاهر مواد ، بخش ظاهر را پیدا کنید . |
3 | از لیست ظاهر ، سفارشی را انتخاب کنید . |
4 | از لیست نوع مواد ، فولاد را انتخاب کنید . |
فشار آکوستیک و الاستیک
روی Material Appearance 1 کلیک راست کرده و Surface را انتخاب کنید .
سطح 4
1 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Expression را پیدا کنید . |
2 | در قسمت Expression text، 1 را تایپ کنید . |
انتخاب 1
روی Surface 4 کلیک راست کرده و Selection را انتخاب کنید .
انتخاب 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Results>Acoustic and Elastic Pressure>Surface 4 را گسترش دهید، سپس روی Selection 1 کلیک کنید . |
2 | فقط مرزهای 20، 23، 34، 38، 39، 44، 47 و 50 را انتخاب کنید. |
ظاهر مواد 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 4 کلیک راست کرده و Material Appearance را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای ظاهر مواد ، بخش ظاهر را پیدا کنید . |
3 | از لیست ظاهر ، سفارشی را انتخاب کنید . |
4 | از لیست رنگ ، سفارشی را انتخاب کنید . |
5 | در ویندوز، روی نوار رنگی زیر کلیک کنید، یا – اگر از دسکتاپ چند پلتفرمی استفاده می کنید – روی دکمه Color کلیک کنید. |
6 | روی تعریف رنگ های سفارشی کلیک کنید . |
7 | مقادیر RGB را به ترتیب روی 255، 160 و 122 قرار دهید. |
8 | روی افزودن به رنگ های سفارشی کلیک کنید . |
9 | روی نمایش تنها پالت رنگ یا تأیید در دسکتاپ چند پلتفرمی کلیک کنید . |
ولتاژ محرک اعمال شده به فرستنده و سیگنال ولتاژ خوانده شده روی گیرنده را رسم کنید. نتیجه باید مانند شکل 4 باشد .
سیگنال های ارسالی و دریافتی
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، Sent and Received Signals را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست Dataset ، مطالعه 3 – Acoustics/Solution 3 (sol3) را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب زمان ، Interpolated را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن Times (s) range(0, T0/20, 30*T0) را تایپ کنید . |
6 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
نمودار نقطه 1
1 | روی Sent and Received Signals کلیک راست کرده و Point Graph را انتخاب کنید . |
2 | فقط نقطه 39 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات نمودار نقطه‌ای ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن Expression ، V/V0 را تایپ کنید . |
5 | برای گسترش بخش کیفیت کلیک کنید . برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را انتخاب کنید . |
6 | از فهرست Legends ، Manual را انتخاب کنید . |
7 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
ولتاژ رانندگی نسبی |
نمودار نقطه 2
1 | روی Point Graph 1 کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار نقطه ، بخش انتخاب را پیدا کنید . |
3 |  روی Clear Selection کلیک کنید . |
4 | فقط نقطه 73 را انتخاب کنید. |
5 | قسمت Legends را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
افسانه ها |
ولتاژ دریافتی نسبی |
سیگنال های ارسالی و دریافتی
1 | در پنجره Model Builder ، روی Sent and Received Signals کلیک کنید . |
2 | در پنجره Settings for 1D Plot Group ، قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
3 | چک باکس Two y-axes را انتخاب کنید . |
4 | در جدول، کادر Plot on secondary y-axis را برای نمودار نقطه 2 انتخاب کنید . |
5 | قسمت Axis را پیدا کنید . تیک گزینه Manual axis limits را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن x حداقل ، 0 را تایپ کنید . |
7 | در قسمت حداکثر متن x ، 30*T0 را تایپ کنید . |
8 | در قسمت حداقل y متن، -1 را تایپ کنید . |
9 | در قسمت حداکثر متن y ، 1 را تایپ کنید . |
10 | در فیلد متن حداقل y Secondary ، -0.015 را تایپ کنید . |
11 | در قسمت متنی Secondary y حداکثر ، 0.015 را تایپ کنید . |
12 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، میانی بالایی را انتخاب کنید . |
13 | در نوار ابزار سیگنال های ارسال شده و دریافت شده ، روی  Plot کلیک کنید . |
ضمیمه – دستورالعمل های مدل سازی هندسه
از منوی File ، New را انتخاب کنید .
جدید
در پنجره جدید ، روی Model Wizard کلیک کنید .
Model Wizard کلیک کنید .مدل جادوگر
1 | در پنجره Model Wizard ، روی  3D کلیک کنید . |
2 |  روی Done کلیک کنید . |
تعاریف جهانی
پارامترهای هندسه
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 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل flow_meter_piezoelectric_transducers_geometry_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
5 | در قسمت نوشتار Label ، هندسه پارامترها را تایپ کنید . |
پارامترهای مدل
1 | در نوار ابزار Home ، روی  پارامترها کلیک کنید و Add>Parameters را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای پارامترها ، بخش پارامترها را پیدا کنید . |
3 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل flow_meter_piezoelectric_transducers_model_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
5 | در قسمت نوشتار Label ، Model Parameters را تایپ کنید . |
هندسه 1
سیلندر 1 (cyl1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش Axis را پیدا کنید . |
3 | از لیست نوع محور ، x-axis را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، D/2 را تایپ کنید . |
5 | در قسمت متن ارتفاع ، L را تایپ کنید . |
6 | برای گسترش بخش لایه ها کلیک کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
نام لایه | ضخامت (متر) |
لایه 1 | 0.5*D |
7 | تیک Layers on side را پاک کنید . |
8 | تیک Layers on bottom را انتخاب کنید . |
9 | تیک Layers on top را انتخاب کنید . |
سیلندر 2 (cyl2)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، D_transducer/2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، L_transducer را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، L/2 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، -L_transducer/2 را تایپ کنید . |
سیلندر 3 (cyl3)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، D_transducer/2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، L_matching را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، L/2 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، L_transducer/2 را تایپ کنید . |
سیلندر 4 (cyl4)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، D_transducer/4 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، L_piezo را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، L/2 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، L_transducer/2+L_matching را تایپ کنید . |
سیلندر 5 (cyl5)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Cylinder کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات سیلندر ، بخش اندازه و شکل را پیدا کنید . |
3 | در قسمت متن Radius ، D_transducer/2 را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، 2*L_piezo را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن x ، L/2 را تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن z ، L_transducer/2+L_matching را تایپ کنید . |
تفاوت 1 (dif1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Difference را انتخاب کنید . |
2 | فقط شی cyl5 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  فعال کردن انتخاب کلیک کنید . |
5 | فقط شی cyl4 را انتخاب کنید. |
6 | تیک Keep objects to subtract را انتخاب کنید . |
کپی 1 (کپی1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Copy را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء cyl3 ، cyl4 و dif1 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای کپی ، بخش Displacement را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن z ، -L_transducer را تایپ کنید . |
آینه 1 (mir1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کرده و Mirror را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء copy1(1) ، copy1(2) و copy1(3) را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای Mirror ، قسمت Point on Plane of Reflection را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متن z ، -L_transducer/2 را تایپ کنید . |
چرخش 1 (rot1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Transforms کلیک کنید و Rotate را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء cyl2 , cyl3 , cyl4 , dif1 , mir1(1) , mir1(2) و mir1(3) را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای چرخش ، قسمت چرخش را پیدا کنید . |
4 | از لیست نوع محور ، محور y را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت Angle text، alpha را تایپ کنید . |
6 | قسمت Point on Axis of Rotation را پیدا کنید . در قسمت متن x ، L/2 را تایپ کنید . |
صفحه کار 1 (wp1)
1 | در نوار ابزار هندسه ، روی صفحه  کار کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای صفحه کار ، قسمت تعریف هواپیما را پیدا کنید . |
3 | از لیست هواپیما ، xz-plane را انتخاب کنید . |
اشیاء پارتیشن 1 (par1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Partition Objects را انتخاب کنید . |
2 |  روی دکمه Select Box در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
3 | در پنجره Graphics کلیک کنید و سپس Ctrl+A را فشار دهید تا همه اشیا انتخاب شوند. |
4 | در پنجره تنظیمات برای اشیاء پارتیشن ، قسمت اشیاء پارتیشن را پیدا کنید . |
5 | از فهرست پارتیشن با ، صفحه کار را انتخاب کنید . |
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 شیء par1(1) فقط دامنه های 1، 3 و 5 را انتخاب کنید. |
5 | در شی par1(2) فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
6 | در شی par1(3) ، فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
7 | در شی par1(4) فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
8 | در شیء par1(5) ، فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
9 | در شیء par1(6) ، فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
10 | در شی par1(7) فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
11 | در شی par1(8) فقط دامنه 1 را انتخاب کنید. |
اتحادیه 1 (uni1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Booleans and Partitions کلیک کنید و Union را انتخاب کنید . |
2 | فقط اشیاء del1(1) و del1(2) را انتخاب کنید. |
حذف نهادهای 2 (del2)
1 | روی Geometry 1 کلیک راست کرده و Delete Entities را انتخاب کنید . |
2 | در شی uni1 فقط مرزهای 13، 14، 16 و 19 را انتخاب کنید. |
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 . |
مطمئن شوید که برای ایجاد یک مجموعه با جفت‌های سطحی منطبق، کادر Create imprints را انتخاب کنید. این باعث حذف استفاده از بازگشت و در نتیجه افزایش عملکرد می شود.
4 | تیک Create imprints را انتخاب کنید . |
5 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
نادیده گرفتن لبه‌های 1 (ige1)
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Virtual Operations کلیک کنید و گزینه Ignore Edges را انتخاب کنید . |
2 | در باله شی ، فقط لبه‌های 19، 20، 23 و 27 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای نادیده گرفتن لبه ها ، روی  ساخت انتخاب شده کلیک کنید . |
