 |
مبدل پیزوآکوستیک
معرفی
مبدل پیزوالکتریک می تواند برای تبدیل جریان الکتریکی به میدان فشار صوتی یا برعکس برای تولید جریان الکتریکی از میدان صوتی استفاده شود. این دستگاه ها عموماً برای کاربردهایی که نیاز به تولید صدا در هوا و مایعات دارند مفید هستند. نمونه هایی از چنین کاربردهایی عبارتند از: میکروفون های آرایه فازی، تجهیزات اولتراسوند، محرک های قطرات جوهرافشان، کشف دارو، مبدل های سونار، تصویربرداری زیستی، و آکوستو-بیوتراپی. در این آموزش یک بلندگوی پیزوالکتریک، که در زبان عامیانه به عنوان “پیزو زنگ” شناخته می شود، تجزیه و تحلیل خواهد شد.
تعریف مدل
زنگ پیزو نوعی مبدل پیزوالکتریک است که از یک کریستال پیزوالکتریک متصل به غشاء برای القای خمش روی غشا و در نتیجه ایجاد فشار صوتی استفاده می کند. این نوع مبدل‌ها معمولاً در فرکانس تشدید هدایت می‌شوند، جایی که صدا به طور مؤثر تابش می‌شود.
این مدل یک زنگ در نظر گرفته شده برای کاربردهای اولتراسونیک را شبیه سازی می کند. غشاء و کریستال به صورت چرخشی متقارن هستند، که این امکان را فراهم می کند که مدل را به عنوان یک مسئله تقارن محوری دو بعدی تنظیم کنید.
شکل 1: هندسه مدل.
پیاده سازی فیزیک در حوزه ها
این مدل از تعامل داخلی آکوستیک-پیزوالکتریک، رابط چندفیزیکی دامنه فرکانس استفاده می‌کند که شامل سه رابط فیزیک اساسی است: آکوستیک فشار، مکانیک جامد و الکترواستاتیک. اولین مورد معادله موج در محیط سیال اطراف مبدل را حل می کند. دو مورد آخر برای مدلسازی اثر پیزوالکتریک و جامدات استفاده می‌شوند.
در حوزه هوا، معادله هلمهولتز، که توزیع فشار را توصیف می کند، حل شده است. دامنه پیزوالکتریک از ماده PZT-5H ساخته شده است که یک ماده رایج در مبدل های پیزوالکتریک است. مواد پیزوالکتریک با حل رابط‌های مکانیک جامد و الکترواستاتیک که از طریق معادلات سازنده خطی که تنش‌ها و کرنش‌ها را به جابجایی الکتریکی و میدان الکتریکی مرتبط می‌کنند، جفت شده‌اند، مدلسازی می‌شوند. این رابط های فیزیک به ترتیب تعادل نیروهای بدن و چگالی بار حجمی را همانطور که در معادله 1 و معادله 2 نشان داده شده است، حل می کنند .
(1)
(2)
در COMSOL Multiphysics، این کوپلینگ به طور خودکار توسط گره اثر پیزوالکتریک واقع در زیر شاخه Multiphysics در Model Builder پیاده سازی می شود.
آنالیزهای ساختاری و الکتریکی نیز هارمونیک زمانی هستند. به دلایل تاریخی، در اصطلاح سازه-مکانیک به آن تحلیل پاسخ فرکانسی می گویند، در حالی که در اصطلاح مهندسی برق به آن تحلیل دامنه فرکانس می گویند.
در این مدل، فرکانس تحریک از 10 کیلوهرتز تا 60 کیلوهرتز جابجا می شود، که تا حدی با محدوده اولتراسونیک همپوشانی دارد (مثلاً دلفین ها و خفاش ها در محدوده 20 هرتز تا 150 کیلوهرتز با هم ارتباط برقرار می کنند، در حالی که انسان فقط می تواند فرکانس هایی را در این فرکانس بشنود. محدوده از 20 هرتز تا 20 کیلوهرتز). این حرکت به شناسایی فرکانس رزونانسی که مبدل احتمالاً در آن برانگیخته می شود کمک می کند.
شرایط مرزی
یک پتانسیل الکتریکی متناوب 5 ولت به سطح بالایی کریستال اعمال می شود و قسمت پایینی به زمین متصل می شود. کریستال به یک غشای برنجی متصل است که در لبه بیرونی آن ثابت شده است.
در سطح مشترک بین هوا و حوزه جامد، جزء نرمال شتاب ساختاری مرز جامد (غشای برنجی) برای به حرکت درآوردن حوزه هوا استفاده می شود، در حالی که فشار صوتی در سطح مشترک به عنوان یک بار مرزی روی جامد عمل می کند. اتصال دو طرفه در مرزهای رابط جامد و هوا به طور خودکار توسط گره مرزی ساختار آکوستیک واقع در زیر شاخه Multiphysics در Model Builder انجام می شود . هنگامی که از تعامل داخلی-پیزوالکتریک آکوستیک، رابط دامنه فرکانس استفاده می کنید. زمانی که بخش‌های مناسبی از هندسه مدلسازی را به آکوستیک فشار، دامنه فرکانس و مکانیک جامد اختصاص دهید، مرزهای رابط به‌طور خودکار شناسایی می‌شوند.رابط ها، به ترتیب.
شرط مرزی کاملاً منطبق بر روی سطح بیرونی حوزه هوا استفاده می شود. برای مدلسازی یک دامنه باز بی‌نهایت توسعه‌یافته استفاده می‌شود. جبهه‌های موج از مرز هندسی که حوزه هوا را با حداقل انعکاس کوتاه می‌کند، به سمت بیرون حرکت می‌کنند. علاوه بر این، یک ویژگی محاسبه میدان خارجی نیز در همان مرز تنظیم شده است، از آن برای ارزیابی فشار و سطح فشار صدا در نقاط بیرونی حوزه محاسباتی استفاده می‌شود. برای اطلاعات بیشتر در مورد این شرایط مرزی به راهنمای کاربر ماژول آکوستیک مراجعه کنید.
نتایج و بحث
شکل 2 توزیع فشار در حوزه هوا را در 60 کیلوهرتز نشان می دهد.
شکل 2: نمودار سطح و ارتفاع توزیع فشار.
شکل 3 سطح فشار صوتی روی محور را در 1 متر به عنوان تابعی از فرکانس رانندگی نشان می دهد. رزونانس واضح در حدود 33 کیلوهرتز نشان می دهد که این فرکانس برای به حرکت درآوردن مبدل است.
شکل 3: سطح فشار صدا در محور 1 متر جلوتر از مبدل.
شکل 4 توزیع فشار در سطح بالایی غشای برنجی را نشان می دهد. توجه کنید که فشار آکوستیک در مقایسه با تنش مکانیکی فون میزس که در شکل 5 نشان داده شده است، بسیار کم است .
شکل 4: فشار صوتی در بالای غشای برنجی.
شکل 5: استرس فون میزس در امتداد رابط هوا و جامد.
نمودار قطبی سطح فشار صوت در 1 متر از مبدل در فرکانس های مختلف در شکل 6 نشان داده شده است . توجه داشته باشید که چگونه سطح فشار صوت تابشی در فرکانس تشدید بالاتر است و چگونه پیچیدگی و جهت با افزایش فرکانس افزایش می یابد.
شکل 6: نمودار قطبی سطح فشار صوتی میدان بیرونی در 1 متر. محور 0 درجه با جهت +z صفحه rz در مدل متقارن محوری دوبعدی منطبق است.
تأثیر فرکانس بر جهت یابی مبدل نیز در شکل 7 دیده می شود که عرض زاویه ای منبع را نشان می دهد. پهنای پرتو به عنوان قوس زاویه ای در مقابل مبدل تعریف می شود که در آن سطح فشار صوت بالاتر از -3 دسی بل از مقدار جلوی مبدل است.
جابجایی غشا در فرکانس تشدید را می توان در شکل 8 مشاهده کرد .
شکل 7: پهنای پرتو و عرض پرتو صفر به ته به عنوان تابعی از فرکانس.
شکل 8: جابجایی غشا در فرکانس رزونانس.
مسیر کتابخانه برنامه: Acoustics_Module/Piezoelectric_Devices /piezoacoustic_transducer
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  2D Axismetric کلیک کنید . |
2 | در درخت Select Physics ، Acoustics>Acoustic-Structure Interaction> Acoustic-Piezoelectric Interaction، Frequency Domain را انتخاب کنید . |
3 | روی افزودن کلیک کنید . |
4 |  روی مطالعه کلیک کنید . |
5 | در درخت انتخاب مطالعه ، General Studies>Frequency Domain را انتخاب کنید . |
6 |  روی Done کلیک کنید . |
با وارد کردن برخی از پارامترهایی که در طول تعریف مدل استفاده خواهند شد، شروع کنید.
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 |  روی Load from File کلیک کنید . |
4 | به پوشه Application Libraries مدل بروید و روی فایل piezoacoustic_transducer_parameters.txt دوبار کلیک کنید . |
هندسه 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Geometry 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات هندسه ، بخش Units را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد طول ، میلی متر را انتخاب کنید . |
با رسم دامنه آکوستیک شروع کنید.
هوا
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Circle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای دایره ، Air را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، r_air را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متنی Sector angle عدد 90 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
6 | از فهرست رنگ ، هیچ‌کدام یا – اگر از دسکتاپ چند پلتفرمی استفاده می‌کنید – سفارشی را انتخاب کنید . در دسکتاپ cross-platform، روی دکمه Color کلیک کنید . |
7 | روی تعریف رنگ های سفارشی کلیک کنید . |
8 | مقادیر RGB را به ترتیب 177، 221 و 255 قرار دهید. |
9 | روی افزودن به رنگ های سفارشی کلیک کنید . |
10 | روی نمایش تنها پالت رنگ یا تأیید در دسکتاپ چند پلتفرمی کلیک کنید . |
11 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
بعد، غشای برنجی را که فقط یک مستطیل است، اضافه کنید.
غشای برنجی
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، Brass Membrane را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Width ، r_memb را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، th_memb را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، -th_memb را تایپ کنید . |
6 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
7 | از فهرست رنگ ، هیچ‌کدام یا – اگر از دسکتاپ چند پلتفرمی استفاده می‌کنید – سفارشی را انتخاب کنید . در دسکتاپ cross-platform، روی دکمه Color کلیک کنید . |
8 | روی تعریف رنگ های سفارشی کلیک کنید . |
9 | مقادیر RGB را به ترتیب 219، 179 و 135 تنظیم کنید. |
10 | روی افزودن به رنگ های سفارشی کلیک کنید . |
11 | روی نمایش تنها پالت رنگ یا تأیید در دسکتاپ چند پلتفرمی کلیک کنید . |
12 | زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . روی New کلیک کنید . |
13 | در کادر محاوره ای New Cumulative Selection ، در قسمت متن نام ، دامنه های ساختاری را تایپ کنید . |
14 | روی OK کلیک کنید . |
15 | در پنجره تنظیمات برای Rectangle ، روی  Build Selected کلیک کنید . |
حالا مواد پیزوالکتریک را بکشید.
مواد پیزوالکتریک
1 | در نوار ابزار Geometry ، روی  Rectangle کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مستطیل ، ماده پیزوالکتریک را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Size and Shape را پیدا کنید . در قسمت متن Width ، r_pzt را تایپ کنید . |
4 | در قسمت متن ارتفاع ، th_pzt را تایپ کنید . |
5 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن z ، -th_memb-th_pzt را تایپ کنید . |
6 | قسمت Selections of Resulting Entities را پیدا کنید . تیک گزینه Resulting objects selection را انتخاب کنید . |
7 | از فهرست رنگ ، هیچ‌کدام یا – اگر از دسکتاپ چند پلتفرمی استفاده می‌کنید – سفارشی را انتخاب کنید . در دسکتاپ cross-platform، روی دکمه Color کلیک کنید . |
8 | روی تعریف رنگ های سفارشی کلیک کنید . |
9 | مقادیر RGB را به ترتیب روی 114، 119 و 122 قرار دهید. |
10 | روی افزودن به رنگ های سفارشی کلیک کنید . |
11 | روی نمایش تنها پالت رنگ یا تأیید در دسکتاپ چند پلتفرمی کلیک کنید . |
12 | زیربخش انتخاب تجمعی را پیدا کنید . از فهرست مشارکت در ، دامنه های ساختاری را انتخاب کنید . |
13 |  روی Build Selected کلیک کنید . |
14 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
هندسه باید مانند شکل 1 باشد .
قبل از افزودن مواد، دامنه های مربوط به هر فیزیک را انتخاب کنید.
آکوستیک فشار، دامنه فرکانس (ACPR)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Pressure Acoustics, Frequency Domain (acpr) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای آکوستیک فشار ، دامنه فرکانس ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، هوا را انتخاب کنید . |
مکانیک جامدات (جامدات)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Solid Mechanics (solid) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Solid Mechanics ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، دامنه های ساختاری را انتخاب کنید . |
مواد پیزوالکتریک 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)> Solid Mechanics (solid) روی مواد پیزوالکتریک 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای مواد پیزوالکتریک ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مواد پیزوالکتریک را انتخاب کنید . |
الکترواستاتیک (ES)
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Electrostatics (es) کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الکترواستاتیک ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست انتخاب ، مواد پیزوالکتریک را انتخاب 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>Lead Zirconate Titanate (PZT-5H) را انتخاب کنید . |
4 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
مواد
سرب زیرکونات تیتانات (PZT-5H) (mat1)
1 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، مواد پیزوالکتریک را انتخاب کنید . |
توجه داشته باشید که در کتابخانه Piezoelectric Material Properties، می توانید بیش از 20 ماده پیزوالکتریک اضافی پیدا کنید. برای یک ماده پیزوالکتریک، می توانید جهت را با تعریف و انتخاب یک سیستم مختصات جدید مشخص کنید. در این مدل، شما از سیستم مختصات جهانی پیش‌فرض استفاده می‌کنید که به شما ماده‌ای را می‌دهد که در جهت z در صفحه rz قطبی شده است.
مواد را اضافه کنید
1 | به پنجره Add Material بروید . |
2 | در درخت، Built-in>Air را انتخاب کنید . |
3 | روی Add to Component در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
4 | در نوار ابزار Home ، روی  Add Material کلیک کنید تا پنجره Add Material بسته شود . |
مواد
آب (mat2)
1 | در پنجره تنظیمات برای مواد ، قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . |
2 | از لیست انتخاب ، هوا را انتخاب کنید . |
برنج
1 | در پنجره Model Builder ، روی Materials کلیک راست کرده و Blank Material را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات مواد ، Brass را در قسمت نوشتار Label تایپ کنید . |
3 | قسمت انتخاب موجودیت هندسی را پیدا کنید . از لیست انتخاب ، غشای برنجی را انتخاب کنید . |
4 | قسمت محتوای مواد را پیدا کنید . در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
ویژگی | متغیر | ارزش | واحد | گروه اموال |
مدول یانگ | E | 100 [GPa] | پا | مدول یانگ و نسبت پواسون |
نسبت پواسون | نه | 0.3 | 1 | مدول یانگ و نسبت پواسون |
تراکم | rho | 8900 [kg/m^3] | کیلوگرم بر متر مکعب | پایه ای |
تضعیف اتمسفر را با مقادیر استاندارد دما، فشار و رطوبت اضافه کنید. این اثر باید با توجه به محدوده فرکانس و فاصله برای ارزیابی میدان دور در نظر گرفته شود.
آکوستیک فشار، دامنه فرکانس (ACPR)
آکوستیک فشار 1
1 | در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1)>Pressure Acoustics، Frequency Domain (acpr) روی Pressure Acoustics 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای آکوستیک فشار ، بخش مدل آکوستیک فشار را پیدا کنید . |
3 | از لیست مدل Fluid ، Atmosphere atmosphere attenuation را انتخاب کنید . |
4 | بخش ورودی مدل را پیدا کنید . در قسمت متن φ w ، 0.5 را تایپ کنید . |
شرط مرزی کاملاً منطبق بر روی مرز بیرونی حوزه هوا را اضافه کنید.
مرز کاملاً منطبق 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Perfectly Matched Boundary را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 11 را انتخاب کنید. |
در نهایت، ویژگی محاسبه میدان خارجی را اضافه کنید. این ویژگی متغیرهایی را برای ارزیابی فشار و سطح فشار صدا در خارج از حوزه محاسباتی اضافه می کند.
محاسبه میدان خارجی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Exterior Field Calculation را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 11 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای محاسبه میدان خارجی ، قسمت محاسبه میدان خارجی را پیدا کنید . |
4 | از شرط موجود در لیست صفحه z = z 0 ، مرز سخت صدای متقارن/بی نهایت را انتخاب کنید . |
برای اطلاعات بیشتر در مورد محاسبه میدان خارجی، روی دکمه Help در نوار ابزار کلیک کنید یا F1 را فشار دهید .
مکانیک جامدات (جامدات)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Solid Mechanics (solid) کلیک کنید .
محدودیت ثابت 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Fixed Constraint را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 9 را انتخاب کنید. |
الکترواستاتیک (ES)
در پنجره Model Builder ، در قسمت Component 1 (comp1) روی Electrostatics (es) کلیک کنید .
زمین 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Ground را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 2 را انتخاب کنید. |
پتانسیل الکتریکی 1
1 | در نوار ابزار Physics ، روی  Boundaries کلیک کنید و Electric Potential را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 4 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات Electric Potential ، قسمت Electric Potential را پیدا کنید . |
4 | در قسمت متنی V 0 ، V0 را تایپ کنید . |
مش
مش را بر اساس پیشنهاد مش تحت کنترل فیزیک برای آکوستیک فشار، دامنه فرکانس، ادامه دهید و ایجاد کنید. این کار تنها با انتخاب Pressure Acoustics، Frequency Domain به عنوان Contributor و سپس جابجایی به مش کنترل شده توسط کاربر در گره مش اصلی انجام می شود. فرکانس کنترل کننده حداکثر اندازه عنصر به صورت پیش فرض از مطالعه گرفته شده است . فرکانس های مورد نظر را در مرحله مطالعه تنظیم کنید . به طور کلی، 5 تا 6 عنصر درجه دوم در هر طول موج برای حل امواج مورد نیاز است. برای جزئیات بیشتر، مش بندی (رفع امواج) را در راهنمای کاربر ماژول آکوستیک ببینید . در این مدل از Automatic پیش فرض استفاده می کنیمگزینه ای که 5 عنصر در هر طول موج می دهد. سپس یک مش Mapped در حوزه ساختاری اضافه می شود تا هندسه نازک را حل کند.
مطالعه 1
مرحله 1: دامنه فرکانس
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش مطالعه 1 ، روی مرحله 1: دامنه فرکانس کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات دامنه فرکانس ، بخش تنظیمات مطالعه را پیدا کنید . |
3 | از لیست واحد فرکانس ، kHz را انتخاب کنید . |
4 |  روی Range کلیک کنید . |
5 | در کادر محاوره‌ای Range ، fmin را در قسمت متن شروع تایپ کنید . |
6 | در قسمت متن Step ، عبارت fstep را تایپ کنید . |
7 | در قسمت متن توقف ، fmax را تایپ کنید . |
8 | روی Replace کلیک کنید . |
مش 1
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 استفاده را برای مکانیک جامد (جامد) ، الکترواستاتیک (es) ، مرز ساختار آکوستیک 1 (asb1) و اثر پیزوالکتریک 1 (pze1) پاک کنید . |
4 | قسمت Sequence Type را پیدا کنید . از لیست، مش کنترل شده توسط کاربر را انتخاب کنید . |
نقشه برداری 1
1 | در نوار ابزار Mesh ، روی  Mapped کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Mapped ، بخش انتخاب دامنه را پیدا کنید . |
3 | از لیست سطح نهاد هندسی ، دامنه را انتخاب کنید . |
4 | از لیست انتخاب ، دامنه های ساختاری را انتخاب کنید . |
5 | برای گسترش بخش Reduce Element Skewness کلیک کنید . تیک Adjust edge mesh را انتخاب کنید . |
سایز 1
1 | روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Size را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای اندازه ، قسمت اندازه عنصر را پیدا کنید . |
3 | روی دکمه Custom کلیک کنید . |
4 | قسمت پارامترهای اندازه عنصر را پیدا کنید . |
5 | کادر انتخاب حداکثر اندازه عنصر را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، min(th_memb,th_pzt) را تایپ کنید . |
توزیع 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Mapped 1 کلیک راست کرده و Distribution را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرزهای 7 و 9 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای توزیع ، بخش توزیع را پیدا کنید . |
4 | در فیلد متنی Number of element ، 2 را تایپ کنید . |
مش Mapped را به بالای Free Triangular در درخت Model Builder حرکت دهید تا دامنه ساختاری به درستی حل شود.
نقشه برداری 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Mapped 1 کلیک کنید . |
2 | زیر Size Expression 1 بکشید و رها کنید . |
3 | در پنجره تنظیمات برای Mapped ، روی  Build All کلیک کنید . |
مطالعه 1
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 نوار ابزار صفحه اصلی ،  روی محاسبه کلیک کنید . |
اولین نمودار از پیش تعریف شده یک نمودار سطحی از توزیع فشار را نشان می دهد. یک نمودار ارتفاع اضافه کنید تا نموداری مشابه آنچه در شکل 2 نشان داده شده است داشته باشید .
نتایج
فشار صوتی (acpr)
در پنجره Model Builder ، روی Results کلیک راست کرده و Add Predefined Plot>Study 1/Solution 1 (sol1)> Pressure Acoustics, Frequency Domain> Acoustic Pressure (acpr) را انتخاب کنید .
بیان قد 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره فشار صوتی (acpr) را گسترش دهید . |
2 | روی Surface 1 کلیک راست کرده و Height Expression را انتخاب کنید . |
3 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
نمودار دوم از پیش تعریف شده سطح فشار صوت را در حوزه هوا نشان می دهد.
سطح فشار صدا (ACPR)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Results کلیک راست کرده و Add Predefined Plot>Study 1/Solution 1 (sol1)>Pressure Acoustics, Frequency Domain>Sound Pressure Level (acpr) را انتخاب کنید . |
2 |  روی دکمه Zoom Extents در نوار ابزار Graphics کلیک کنید . |
نمودار سوم و چهارم نمودارهای چرخشی سه بعدی فشار صوتی و سطح فشار صوت هستند.
فشار آکوستیک، سه بعدی (acpr)
روی Results کلیک راست کرده و Add Predefined Plot>Study 1/Solution 1 (sol1)> Pressure Acoustics, Frequency Domain> Acoustic Pressure, 3D (acpr) را انتخاب کنید .
سطح فشار صدا، 3D (ACPR)
روی Results کلیک راست کرده و گزینه Add Predefined Plot>Study 1/Solution 1 (sol1)>Pressure Acoustics, Frequency Domain>Sound Pressure Level, 3D (acpr) را انتخاب کنید .
نمودار از پیش تعریف شده پنجم سطح فشار صوتی میدان بیرونی را نشان می دهد. برای بازتولید شکل 6 ، باید تنظیمات پیش فرض را تنظیم کنید. توجه داشته باشید که 0 درجه در نمودار قطبی با جهت محور z مطابقت دارد .
سطح فشار صدا در میدان خارجی – فرکانس های انتخاب شده
1 | روی Results کلیک راست کنید و Add Plot Predefined Plot>Study 1/Solution 1 (sol1)> Pressure Acoustics, Frequency Domain> Exterior-Field Sound Level Pressure (acpr) را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه پلات قطبی ، سطح فشار صدای میدان خارجی – فرکانس انتخاب شده را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از فهرست انتخاب پارامتر (فرکانس) ، دستی را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متنی شاخص های پارامتر (1-51) ، 1 11 24 31 41 51 را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار Exterior-Field Sound Pressure Level – Selected Frequencies ، روی  Plot کلیک کنید . |
الگوی تشعشع 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Exterior-Field Sound Pressure Level – Selected Frequencies را گسترش دهید ، سپس روی Radiation Pattern 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الگوی تشعشع ، بخش ارزیابی را پیدا کنید . |
3 | زیربخش Angles را پیدا کنید . از لیست محدودیت ، دستی را انتخاب کنید . |
4 | در فیلد متن شروع φ ، -90 را تایپ کنید . |
5 | در فیلد متنی محدوده φ ، 180 را تایپ کنید . |
6 | زیربخش فاصله ارزیابی را پیدا کنید . در قسمت متن Radius ، 1[m] را تایپ کنید . |
7 | در نوار ابزار Exterior-Field Sound Pressure Level – Selected Frequencies ، روی  Plot کلیک کنید . |
سطح فشار صدا در میدان خارجی – همه فرکانس ها
1 | در پنجره Model Builder ، روی Exterior-Field Sound Pressure Level – Selected Frequencies کلیک راست کرده و Duplicate را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه پلات قطبی ، سطح فشار صدا میدان بیرونی – همه فرکانس ها را در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست انتخاب پارامتر (فرکانس) ، همه را انتخاب کنید . |
الگوی تشعشع 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Exterior-Field Sound Pressure Level – All Frequencies را گسترش دهید ، سپس روی Radiation Pattern 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای الگوی تشعشع ، بخش ارزیابی را پیدا کنید . |
3 | زیربخش Angles را پیدا کنید . از فهرست Compute beamwidth ، On را انتخاب کنید . |
4 | در قسمت متنی Level down ، 3 را تایپ کنید . |
5 | در نوار ابزار Exterior-Field Sound Pressure Level – All Frequencies ، روی  Plot کلیک کنید . |
جدول
1 | به پنجره Table بروید . |
2 | روی Table Graph در نوار ابزار پنجره کلیک کنید . |
نتایج
نمودار جدول 1
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results>1D Plot Group 7 ، روی Table Graph 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای نمودار جدول ، برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . |
3 | تیک Show legends را انتخاب کنید . |
پهنای پرتو
1 | در پنجره Model Builder ، در بخش Results روی 1D Plot Group 7 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، Beamwidth را در قسمت متن برچسب تایپ کنید . |
3 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Plot Settings را پیدا کنید . |
5 | کادر بررسی برچسب محور y را انتخاب کنید . در قسمت متن مرتبط، Angle (deg) را تایپ کنید . |
6 | قسمت Legend را پیدا کنید . از لیست موقعیت ، پایین سمت چپ را انتخاب کنید . |
7 | در نوار ابزار Beamwidth ، روی  Plot کلیک کنید . |
حاشیه نویسی 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Beamwidth کلیک راست کرده و Annotation را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای حاشیه نویسی ، بخش داده را پیدا کنید . |
3 | از فهرست مجموعه داده ، مطالعه 1/راه حل 1 (sol1) را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Position را پیدا کنید . در قسمت متن r ، 10 را تایپ کنید . |
5 | قسمت Coloring and Style را پیدا کنید . تیک Show point را پاک کنید . |
6 | در نوار ابزار Beamwidth ، روی  Plot کلیک کنید . |
تصویر باید مانند تصویر 7 باشد .
نموداری از جابجایی را در مبدل پیزوالکتریک اضافه کنید.
جابجایی (جامد)
1 | در پنجره Model Builder ، روی Results کلیک راست کرده و Add Predefined Plot>Study 1/Solution 1 (sol1)>Solid Mechanics>Displacement (solid) را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره Settings for 2D Plot Group ، بخش Data را پیدا کنید . |
3 | از لیست مقدار پارامتر (فرکانس (کیلوهرتز)) ، 33 را انتخاب کنید . |
4 | قسمت Color Legend را پیدا کنید . تیک Show units را انتخاب کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، گره Displacement (solid) را گسترش دهید ، سپس روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای Surface ، بخش Coloring and Style را پیدا کنید . |
3 |  روی تغییر جدول رنگ کلیک کنید . |
4 | در کادر محاوره ای Color Table ، Rainbow>Rainbow را در درخت انتخاب کنید. |
5 | روی OK کلیک کنید . |
سطح 1
1 | در پنجره Model Builder ، روی Surface 1 کلیک کنید . |
2 | در نوار ابزار Displacement (solid) ، روی  Plot کلیک کنید . |
تصویر باید شبیه تصویر 8 باشد .
در مرحله بعد، گروه های طرح 1 بعدی را برای بازسازی شکل 4 و شکل 5 ایجاد کنید .
استرس در بالای غشاء
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، استرس را در بالای غشاء در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست انتخاب پارامتر (فرکانس) ، از لیست را انتخاب کنید . |
4 | در لیست مقادیر پارامتر (فرکانس (کیلوهرتز)) ، 33 را انتخاب کنید . |
5 | برای گسترش بخش عنوان کلیک کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
نمودار خطی 1
1 | روی Stress در بالای غشاء کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 6 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، روی Replace Expression در گوشه سمت راست بالای بخش y-Axis Data کلیک کنید . از منو، Component 1 (comp1)>Solid Mechanics>Stress>solid.mises – von Mises stress – N/m² را انتخاب کنید . |
4 | قسمت y-Axis Data را پیدا کنید . از لیست واحد ، MPa را انتخاب کنید . |
5 | قسمت x-Axis Data را پیدا کنید . از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
6 | در قسمت متن Expression ، r را تایپ کنید . |
7 | در Stress در بالای نوار ابزار Membrane، روی  Plot کلیک کنید . |
تصویر باید شبیه تصویر 5 باشد .
فشار در بالای غشاء
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، فشار را در بالای غشاء در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
3 | قسمت Data را پیدا کنید . از لیست انتخاب پارامتر (فرکانس) ، از لیست را انتخاب کنید . |
4 | در لیست مقادیر پارامتر (فرکانس (کیلوهرتز)) ، 33 را انتخاب کنید . |
5 | قسمت عنوان را پیدا کنید . از لیست نوع عنوان ، Label را انتخاب کنید . |
نمودار خطی 1
1 | روی Pressure در بالای غشاء کلیک راست کرده و Line Graph را انتخاب کنید . |
2 | فقط مرز 6 را انتخاب کنید. |
3 | در پنجره تنظیمات برای نمودار خط ، بخش x-Axis Data را پیدا کنید . |
4 | از لیست Parameter ، Expression را انتخاب کنید . |
5 | در قسمت متن Expression ، r را تایپ کنید . |
6 | در فشار در بالای نوار ابزار Membrane، روی  Plot کلیک کنید . |
تصویر باید مانند تصویر 4 باشد .
سطح فشار صدا روی محور در 1 متر
1 | در نوار ابزار صفحه اصلی ، روی  Add Plot Group کلیک کنید و 1D Plot Group را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای گروه طرح 1 بعدی ، سطح فشار صدا روی محور را در 1 متر در قسمت نوشتار برچسب تایپ کنید . |
جهانی 1
1 | روی سطح فشار صدا روی محور در ۱ متر کلیک راست کرده و Global را انتخاب کنید . |
2 | در پنجره تنظیمات برای جهانی ، بخش y-Axis Data را پیدا کنید . |
3 | در جدول تنظیمات زیر را وارد کنید: |
اصطلاح | واحد | شرح |
subst(acpr.efc1.Lp_pext,r,0,z,1[m]) | دسی بل | سطح فشار صوتی روی محور در 1 متر |
4 | برای گسترش بخش Legends کلیک کنید . تیک Show legends را پاک کنید . |
5 | در نوار ابزار سطح فشار صدا روی محور در 1 متر ، روی  Plot کلیک کنید . |
تصویر باید مانند تصویر 3 باشد .
