شبیه‌سازی اجزا محدود و ارزیابی عملکرد تجربی رادیاتور ارتعاشی فراصوت

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

finite element simulation and experimental evaluation of an ultrasonic radiator

in the current research, finite element simulation and experimental tests have been used to design, manufacture, and evaluate the performance of a high-power ultrasonic circular radiator called ultrasonic airborne. the two main goals in the design are to achieve a nominal resonance frequency of 20 khz in the longitudinal mode shape of the transducer and booster assembly and the flexural mode shape of the circular radiator plate and to remove the disturbing modes from the frequency range of the main mode shape. after designing and manufacturing the sample based on the simulation results, experimental tests consisting of a modal impact test, impedance analysis, and amplitude measurement were performed. simulation results, including the resonance frequency and position of the node and anti-node, were compared with the experimental results. the experimental test results of the resonance frequency compared with the simulation results, indicate the accuracy of the prediction of the results of the resonance frequency with the designed nominal value (error less than 0.5%). also, the disturbing mode shapes were at an acceptable distance from the main flexural mode shape of the radiator. reasonable agreement is achieved between experimental vibration amplitude measurement and finite element simulation predictions (position of the node and anti-node).