电磁超声换能器几何参数的ANSYS仿真
电磁超声换能器的仿真分析与优化
ｔ ｒ ｅ ｍｅｈ ｓｂ ｒ ｏ ｅ ｏ ｉ ｒ ｖ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒｅ ｃｅ ｃ ｈ ｅ ｔ ｏｄ ｅｐ ｏｐ ｓ ｄｔ ｍｐ ｏ ｅｔａ ｓ ｕ ｅ ｆ ｉｎ ｙ ｉ
．
Ｋ ｅ ｗｏｒ ｙ ｄｓ： ＥＭ Ａ Ｔ； Ｅｄ ｙ ｕ ｒ ｎ ｓ Ｌｏ ｅ ｔ ｆ ｒ ｅ Ｅｌ ｃ ｒ ｍ ａ ｎ ｔｃ Ｕｌｒ ｓ ｎｉ Ｗ ａ ｅ ｄ ｃ ｒｅ ｔ； ｒｎｚ ｏｃ ； ｅ ｔｏ ｇ ｅ ｉ ｔａ ｏ ｃ ｖ；
ｏ ｔｍｉｅ ｔ ｅ ｉ ｏ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ ｔｃ ｎ ｂ ｅ ｎ ｔ ａ ｌ ｃｒ ｐ ｉ ｚ ｈｅ ｄ ｓｇｎ ｆ ｔａ ｓ ｕ ｅ ．Ｉ ａ ｅ ｓ ｅ ｈ ｔｅ ｅ ｔｏｍａ ｎ ｔｃ ｌ ａ ｏ ｉ ｖ ｅ ａ ｇ ｅ ｉ ｕｔ ｓ ｎ ｃ ｗａ ｅ ｄ ｃ ｙｓ ｒ ｒ ｐ ｄ ｙ ｉ ｅ ｙ ｓ ｏｒ ｔｍｅ ｂ ｅ ｎ ｈ ｈ ｎｇ ｓｏ ａ ｔｃｅ ｄｉｐｌｃ ｍｅ ｔ Ｔｈ ｏ ｇ ｉ ｌｔｏｎ ａ ｉ ｌ ｎ ａ ｖ ｒ ｈ ｔ ｉ ｙ ｖｉｗｉ ｇ ｔ ｅ ｃ ａ ｅ ｆｐ ｒｉ ｌ ｓ ａ ｅ ｎ ｒ ｕ ｈ ｓｍｕ ａ ｉ
，
ｔ ｉ ｋ ｅ ｓ ｒ ｄ ｃ ， ａ ｌ ｚ ｈｒ ｅ ａ ａ ｅ ｅｓ ｉ ｐ ｃ ｏ ｃ ｎ ｒ ｉ ｎ ｅ ｃｅ ｃ ｏ ｈ ｃ ｎ ｓ ｐ ｏ ｕ ｔ ｎａｙ ｅ ｔ ｅ ｐ ｒ ｍ ｔ ｒ ’ ｍ ａ ｔ ｎ ｏ ｖｅ ｓｏ ｆ ｉｎ ｙ ｆ ＥＭ ＡＴ ａ ｄ ｉ ｎ
摘 要 ：针对 电磁超声换能器换 能效 率低 的问题，研 究 了垂直磁场下 电磁超 声换 能器产 生超 声 波的机 理 利用有 限元分析软件对铝板 内感生 出的涡流 、受到 的洛伦兹力 以及振 动产 生电磁超 声波进行仿真分析 。通过改变线圈的问距 、提 离距 以及频厚积等参数来分析 它们对 电磁超 声换 能器效率的影响， 以此 为依据优化 电磁超 声换 能器 的设计。通过对质 点位移 的变化 可看 出电磁 超声波在很短的时间内迅速衰 减；通 过单个质点三个方 向位移 的仿真得到 了垂直磁场 下产 生的 电磁超 声波质 点位 移的最大方 向。通过对 Ｅ Ａ Ｍ Ｔ参数的优 化提 出 了三种提高换 能器 效率的方法 。
电磁超声表面波产生机理的ANSYS仿真
２００９信息技术‘ｊ应用学术会议论文田４３Ｄ—ＡＮＳＹＳ建横图４中Ｖ１、Ｖ２分别为承磁体的Ｎ、Ｓ极，在水磁体中问有州条通有大小相【司方向相反的变坐电流的导线Ｖ４、Ｖ５、Ｖ６、Ｖ７，是下方的大矩彤体Ｖ３为被目４钢板。
采用ＡＮＳＹＳ仿真软件下的３Ｄ磁模型ＳＯＬＩＤ９７单Ｊｃ，此单，ｃ定义了８个节点和５个自ｍ度。
定义被测工件为可用于涡流计算的ＳＯＬｌＤ９７１单元，其他无涡流计算的单元选用ＳＯＬＩＤ９７０电兀。
线圈中加载屠太值为４安培，频率为８００Ｈｚ的正弦变变电流，空气层施加约束，进行仿真求解。
在被测工件的趋肤层得到感生涡流，该涡流在永磁体提供的偏置碰场的作用下所产生洛伦兹力。
为了能看到工件巾所形成涡流和受力的大小和＾向，在后处理时，绘制涡流和济伦兹力的欠｛；｝用，如罔５所示。
黼７ｊ：Ｊ－。
’。
Ｊ“２ｉ。
８。
岔鼍ｂ。
曾７３；；。
捌。
ｊ￡ｉ。
（－）盒一板中生成的涡漉●●■■■■■二二二＝＝—＝———二ｊ２，■一００４２０㈣４．１２６０］６８ＬＪ２１００２５２１２＊１Ⅲ３７８１（ｂ）盒一板中的洛怆盐力围５钢板寰面产生的潞渣和洛伦矗力＊■圈图５ａ中所示为被测工件表面感生的涡流．在导线正Ｆ方的钢扳表面产生的涡流最太，电流密度达到３５６０６６Ａ／ｍ２。
涡流在导线的右侧为顺时针，左侧为逆时针方向。
图５ｂ为被测工件质子所受的洛伦兹山，同样，在导线下方的质点所受的洛伦兹力昂太为０３７８Ｎ。
山于相邻导线通有的电流方向相反，所产生的涡流由向相反，则所受的济伦兹力的方向相反，分别为Ｙ轴的负方向和正方向。
此洛伦蓝力即为超声表面波的被源。
线圈中通过交变的电流激励，因此被测工件表面感生出交变的锅流和洛伦兹力，如酗６所示。
图６为钢板表面一点所通过的电流密度和所受洛伦兹力随时间变化的曲线。
从幽６ａ可以看出，该点通过的电流密度频率与导线中通过的激励电流的颠率相同，同为８００｜Ｉｚ，而且随着时间的增加，电流密度的幅值逐渐碱小。
而幽６ｂ为改点所受Ｙ方向的力随时何变化的曲线。
基于有限元仿真的电磁超声参数优化分析
基于有限元仿真的电磁超声参数优化分析电磁超声技术是一种结合了电磁声学和超声技术的交叉学科。
它利用电磁场作用于声压场的相互转换，实现了对材料的非接触性超声检测和测量。
在电磁超声技术中，影响检测性能的关键参数包括声源频率、驱动电压、驱动电流等。
为了优化电磁超声系统的性能，提高检测灵敏度和分辨率，需要进行参数优化分析。
有限元仿真是一种对复杂结构进行数值模拟的有效方法，可以在计算机上进行模拟实验，预测结构的响应和性能。
在电磁超声参数优化分析中，有限元仿真可以帮助我们理解电磁场与声压场的相互作用，预测不同参数对超声系统的影响，并优化参数配置。
首先，需要建立电磁超声系统的有限元模型。
模型包括电磁场和声压场的数值计算。
电磁场的计算可以采用有限元方法或有限差分方法，求解电磁场的分布和力的分布。
声压场的计算可以采用声学有限元方法，求解材料的声波传播和反射情况。
建立模型的关键是准确描述材料的物理性质和声学边界条件，例如材料的介电常数、磁导率以及材料的界面条件。
接下来，可以通过有限元仿真来分析不同参数对系统性能的影响。
可以考察声源频率对声场分布的影响，通过改变驱动电压和驱动电流来优化声源的输出效果。
还可以分析超声检测的灵敏度和分辨率，通过改变传感器的位置和大小来寻找最佳参数配置。
此外，还可以分析材料的非线性特性和材料的特异性，通过改变材料参数来改变声场的传播特性。
通过有限元仿真，可以直观地观察和分析不同参数对超声检测的影响，并指导实际系统的优化。
最后，根据有限元仿真的分析结果，可以对电磁超声系统进行参数优化。
根据分析结果，可以选择合适的声源频率、驱动电压和驱动电流，以实现最佳的超声检测性能。
参数优化分析可以通过试验验证，进一步验证有限元仿真的准确性和可靠性。
总之，基于有限元仿真的电磁超声参数优化分析是一种有效的方法，可以帮助我们理解电磁超声系统的工作原理，探索影响系统性能的关键参数，并指导实际系统的优化。
通过此方法，可以提高电磁超声系统的检测灵敏度和分辨率，提高超声检测的准确性和可靠性。
ANSYS在三维高频电磁场仿真分析中的应用
Wi Ei
(3)
i =1
式中 : Ei ———元素立体 、表面 、边界发射的矢量电
场的自由度 ;
W ———向量基函数 ;
N ———向量基函数个数即元素个数.
用向量基函数 W ( Galerkin 近似) 代替测试向
量 T ,用有限元分析矩阵符号重写公式 (2) 得出
( - k0 M + j k0 C + K) E = F (4)
2 ANSYS 高频电磁场分析理论基础
对半静态或低频问题 ,由于工作波长比结构 几何尺寸大很多或者电磁耦合在系统内不明显 , 麦克斯韦方程组的位移电流被忽略 ,因此麦克斯 韦方程组可以简化. 对于高频电磁场问题 ,必须求 解麦克斯韦的全系列方程组. 因此 ,根本的问题就 是解决高频全波电磁场问题 ,建立全波有限元方 程和定义目标输出量.
(6)
Γ
r
µ Kij =
( × Wi) ·μr- ,1ImdΩ -
Ω
κ k0 Z0 YIm ( n × Wi) ·( n × Wj) dΓr (7) Γ r
µ Fi = - j k0 Z0
Wi ·J sdΩS +
Ω
S
κ j k0 Z0
Wi ·( n × H) dΓ (8)
Γ 0
+Γ1
角标 Re 表示向量的实部 ,Im 表示向量的虚部.
ANS YS 在三维高频电磁场仿真分析中的应用
许 会 , 孙衍山
(沈阳工业大学 信息科学与工程学院 , 沈阳 110178)
摘 要 : 针对电磁场问题理论复杂以及与理论及实际应用背景密切相关的 ANSYS 仿真软件参数 设置不易掌握的问题 ,讨论了应用 ANSYS 软件进行三维高频电磁场仿真分析所涉及的有限元分 析和电磁场等方面的基础理论 ,叙述了根据电磁场知识进行参数设置的具体要求和实际意义 ,研 究了高频电磁场问题的详细解题步骤及为了保证计算结果准确所必须注意的事项. 对混凝土中含 有钢筋的 3 个物理模型进行了不同频率激励下的微波散射分析及仿真计算 ,并获得混凝土外电场 分布数据. 仿真数据与理论定性分析和实测的电场分布一致. 关 键 词 : 有限元软件 ; 三维 ; 高频电磁场 ; 钢筋混凝土 ; 仿真计算 中图分类号 : TP 301 文献标志码 : A
电磁超声无损检测技术的ANSYS仿真研究
摘 要 ：利用有限元分析软件 Ａ Ｓ Ｓ 电磁超声无损 检测技术 进行 了研究 ， ＮＹ 对 通过仿 真 ， 了电磁超声 检测过程 中 比较 缺陷对被测导体 表面磁流密度 、 磁感应 强度 和涡流等 的影 响 ， 并介绍 了 Ａ Ｓ Ｓ软件进行 瞬态 电磁 场仿 真的过程 ， ＮＹ 为
电磁超声的研究提供 了帮助 。 关键词 ｉ电磁超声 ； 限元 ；无损检测 ； 有 管道
ｄ ｎ ｉｙ ｍａ ｎ ｔ ｎ ｕ ｔ ｎ ｉ ｔ ｎ ｉ ｎ ｄ ｙ ｃ ｒ ｅ ｔ ｄ ｒｎ ｈ ｌｃ ｒ ｍａ ｎ ｔｓ ｕ ｔａ ｏ ｎ ｅ ｔｎ ． ｅ ｓｅ ｓ ｏ ｅ ｓｔ ， ｇ ｅ ｉ ｉ ｄ ｃ ｉ ｎ ｅ ｓｔ ａ ｄ ｅ ｄ ｕ ｒ ｎ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｅｅ ｔｏ ｇ ｅ ｉｍ ｌｒ ｓ ｕ ｄ ｔ ｓ ｉ ｇ Ｔｈ ｔ ｐ ｆ ｃ ｏ ｙ ｕ ｉ ｇ ＡＮＳ Ｏ ｓｍｕ ａ ｅ ｔａ ｓｅ ｔ ｓ ａ ｅ ｏ ｌｃ ｒ ｍａ ｎ ｔｃ ｆｅｄ ａ ｅ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ， ｓｎ ＹＳ ｔ ｉ ｌｔ ｒ ｎ ｉｎ ｔ ｔ ｆ ｅ ｅ ｔ ｏ ｇ ｅ ｉ ｉｌ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｗｈ ｃ ｏ ｌ ｅ ｐ ｅ ｅ ｔｏ ｇ ｅ ｉ ｉｈ ｃ ｕ ｄ ｈ ｌ ｌｃ ｒ ｍａ ｎ ｔ ｃ ｕ ｔａ ｏ ｉ ｅ ｔ ｇ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｅ ｅ ｒ ｈ ｄ ｒ ｃ ｌ ． ｌｒ ｓ ｎ ｃ ｔ ｓ ｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ｒ ｓ ｃ ｉｅ ｔｙ ｎ ａ Ｋｅ ｗｏ ｄ ： Ｅ ＡＴ ；ｆｎ ｔ ｌｍｅ ｔｍ ｅｈ ｄ；ｎ ｎ ｄ ｓ ｒ ｃ ｉ ｅｔ ｓｉ ｇ；ｐ ｐ ｌ ｅ ｙ ｒｓ Ｍ ｉ ｉｅ ｅｅ ｎ ｔ ｏ ｏ － ｅ ｔ ｕ ｔ ｅ ｔｎ ｖ ｉｅｉ ｎ
维普资讯
脚
ＥＴ Ｉ子 量 ＣＯ Ｙ ＬＲＣ 测 技Ｔ Ｎ Ｇ ＥＯ电 Ｃ Ｎ 术 Ｌ Ｅ ０ Ｈ
电磁超声换能器几何参数的ANSYS仿真
ｕｌ ａ ｏ ｉ ｔａ ｄ ｅ ｉ ｔ ｂ ａ ｍ ａ ｎｅｉ ｆｅ ｄ； ｓｍｕｌ ｔ ｔ ｇ ｏ ｔ ｓ ｎ ｃ ｒ ｎｓ ｕｃ ｒ ｎ ｈｅ ｉ ｓ ｒ ｇ ｔｃ ｉ ｌ ｔ ｏ ｉ ａ ｅ ｈｅ ｅ ｍｅ ｒｃ ｔｉ ｐａ ａ ｅ ｅ ｓ ｏ ｌ ｃ ｒ ｍ ａ ｎｅｉ ｔａ ｏ ｉ ｒ ｎｓ ｕｃ ｒ ｈｏ ｔ ｆｅ ｔ ｅ ｄ ｕ ｒ ｎ ｒ ｍ ｔ ｒ ｆ ｅｅ ｔｏ ｇ ｔｃ ｕｌ ｓ ｎ ｃ ｔａ ｄ ｅ ｗ ｏ ａ ｆ ｃ ｄ ｙ ｃ ｒｅ ｔ ｒ ａ ｄ ｎ Ｌｏ ｅ ｔ ｏ ｃ ｎ ｈｅ ｔ ｓｅ ａ ｅ ｉ ｌ ｈ ｏ ｇ ｈ ｒ ｌ ｔｏ ｈｉ ｅ ｗｅ ｎ ｈ ｒ ｎ ｚ ｆ ｒ ｅ ｉ ｔ ｅ ｔ ｄ ｍ ｔ ｒａ ， ｒ ｕ ｈ ｔ ｅ ｅ ａ ｉ ｎｓ ｐ ｂ ｔ ｅ ｔ ｅ ｔ Ｌｏ ｅ ｔ ｏ ｃ ｎ ｈ ｏ ｖｅ ｓｏｎ ｅ ｃ ｅ ｃ ｏ ｕ ｔｍａ ｅ ｙ ｄｇ ｈｅ ｒ ｌ ｔｏ ｈ ｐ ｒ ｎ ｚ ｆ ｒ ｅ ａ ｄ ｔ ｅ ｃ ｎ ｒ ｉ ｆ ｉ ｎ ｙ ｔ ｌｉ ｔ ｌ ｕ ｅ ｔ ｅ ａ ｉ ｎｓ ｉ ｉ ｂ ｔ ｅ ｈｅ ｇ ｏ ｅ ｒｃ ｐ ｒ ｍ ｅ ｅ ｓ ｏ ｌ ｃ ｒ ｍ ａ ｎ ｔｃ ｕ ｔａ ｏ ｉ ｒ ｎｓ ｕｃ ｒ ａ ｄ ｅ ｗｅ ｎ ｔ ｅ ｍ ｔｉ ａ ａ ｔ ｒ ｆ ｅ ｅ ｔｏ ｇ ｅ ｉ ｌｒ ｓ ｎ ｃ ｔａ ｄ ｅ ｎ ｔ ｏ ｅ ｓ ｏ ｍ ｃ ｅ ｙ ｏ ｌ ｃ ｒ ｍ ａ ｎｅ ｉ ｔａ ｏ ｉ ｒ ｎｓ ｕｃ ｒ ｓ ｌｓ ｓ ｏ ｈｅ ｃ ｎｖ ｒ ｉ ｎ ｅ ｉ ｎｃ ｆ ｅ ｅ ｔｏ ｇ ｔｃ ｕｌ ｓ ｎ ｃ ｔａ ｄ ｅ ． ｒ Ｒｅ ｕ ｔ ｈ ｗ ｔ ｔｔ ｅ ａ ｐｒ ｐ ｉｔ ｈａ ｇｅ ｆｅ ｅ ｔｏ ａ ｎ ｔｃ ｕ ｔａ ｏ ｉ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒ ｇ ｏ ｅ ｒｃ ｈａ ｈ ｐ ｏ ｒａ ｅ ｃ ｎ ｓ ｏ ｌ ｃ ｒ ｍ ｇ ｅ ｉ ｌｒ ｓ ｎ ｃ ｔａ ｓ ｕ ｅ ｅ ｍ ｔｉ ｐ ｒ ｍ ｅ ｅ ｓ ｕｃ ｓ ｔ ｅ ｔ ｈ ｐｅ ｏｆｔ ｏ ｌｃ ｎｄ ｔ ｒ ｏ １ｃ ｎ ｕｃｏ ｐ ｃｎｇ ａ ａ ｔ ｒ ，ｓ ｈ ａ ｈ ｈｅ ｓ ａ ｈｅ ｃ ｉ ｏ ｕｃ ｏ ，ｃ ｉ ｏ ｄ ｔ ｒ ｓ ａ ｉ ， ｆｏ ｔ ｅ ｏ ｈ ｒｇ ｏ ｔｉ ｒ ｍ ｅ ｅ ｓｃ ｎ ｅ ｆ ｃ ｉ ｅ ｙ ｉ ｒ ｖ ｈ ｌ ｃ ｒ ｍａ ｎ ｔｃ ｒ ｍ ｈ ｔ ｅ ｅ ｍｅ ｒｃ ｐａ ａ ｔ ｒ ａ ｆｅ ｔｖ ｌ ｍｐ ｏ ｅ ｔ ｅ ｅ ｅ ｔｏ ｇ ｅ ｉ ｕ ｔａ ｏ ｃ ｔａ ｓ ｕ ｅ ｏ ｎ ｒ ｙ ｅ ｃ ｅ ｃ ． ｌｒ ｓ ｎｉ ｒ ｎ ｄ ｃ ｒｆ ｒｅ ｅ ｇ ｆ ｉ ｎ ｙ ｉ
ANSYS软件在模拟分析声学换能器中的应用
万方数据 万方数据 万方数据 万方数据第６期莫喜平等：ＡＮＳＹｓ软件在模拟分析声学换能器中的应用１２８３［ｅ］－勖１ｅ３３ｅａｌｘ方向极化状态：弹性常数矩阵：［Ｃ］－氏Ｃ１３Ｃ１３０ａ３ＣｌｌＣｋ０氏％Ｃ１ｌ００００ｃ毡００００００００介电常数矩阵：００００Ｏ０００瓯００ｃ毡（１３）（１４）ｃ８，．－占。
ｃｓ，，＝占。
［占鹋占ｎ。
占订。
］ｃ－５，［ｅ］＿％８３１ｅ３１（１６）４．２压电纵向换能器水中发射性能分析本节介绍从几何建模到换能器各技术参数的提取过程。
概括换能器计算分析的几个重要环节的处理，总结换能器各技术参数的提取方法及依据。
４．２．１问题模型［２１模型描述：如图２所示的纵向换能器。
换能器由前辐射头（硬铝）、压电陶瓷（ＰＺＴ４）、后质量块（黄铜）、预应力螺栓（４璐钢）组成，结构通过去耦垫环与不锈钢外壳隔离，前辐射头用透声聚氨酯橡胶灌注密封。
压电陶瓷Ｉ与压电陶瓷１１分别代表极化方向相反的陶瓷。
前辐射头的特殊形状是为了获得宽波束、宽带辐射特性，后质量块设计成桶型是为了减少纵向尺寸。
其结构形状复杂，用集总参数等效电路法分析将比较困难．尤其是振动模之间的耦合问题。
有限元法更显优势。
通过有限元法还可以计算得到对应等效电路中的元件参数。
４．２．２准物理模型准物理模型中忽略透声聚氨酯橡胶、去耦垫环、图２纵向换能器模式图Ｆｉｇ．２Ｔｈｅｍｏｄｅｌｏｆａｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ粘接层、电极片，忽略不锈钢外壳，代之以流体介质的刚性界面边界条件：换能器中前辐射头与流体接触界面施加流体一结构耦合边界条件，换能器元件之间包括螺纹连结及胶粘剂粘接部分以连续体描述，边界部分为自由边界条件。
分析电声性能、振动特性时忽略预应力的影响。
忽略非轴对称的影响，用轴对称模型进行分析。
４．２．３几何模型几何模型按准物理模型及分析对象的结构情况构建而成．模型建立通过换能器及流体空间的一个旋转母面用轴对称描述（Ｙ轴为对称轴）。
ansys电磁场仿真分析教程共428页文档
• 选择 Apply (自动循环地定义下一个材料号）
1-14
• 定义衔铁为2号材料
• 选择OK
• 选择 Apply (自动循环地选择下一个材料号）
1-15
• 定义线圈为3号材料 (自由空间导磁率，MURX=1)
• 选择 OK
• 选择 OK (退出材料数据输入菜单）
1-16
• 建立衔铁面 Preprocessor>Create>Rectangle>By Dimensions
2.1-1 2.2-1 2.3-1 2.4-1 2.5-1
二维谐波和瞬态分析
第四章
第1节…………………………………………………………………………….…. 3.1-1 第2节…………………………………………………………………...………….. 3.2-1
三维电磁场分析
第五章
第1节…………………………………………………………………………...….… 4.1-1 第2节…………………………………………………………………….……….... 4.2-1 第3节………………………………………………………………….…..…….…. 4.3-1 第4节………………………………………………………………….……...……. 4.4-1 第5节…………………………………………………………………….…...……. 4.5-1
衔铁 线圈
1-8
性质
柱体: μr = 1000 线圈: μr = 1
匝数:
2000
(整个线圈)
空激气 励 :
μr = 1
线圈励磁为直流电流: 2 安 培
模型 轴对称
Y
材料号 2
衔铁 长度=35
超声换能器仿真分析
超声 加工 技 术 在 深小 孔 加 工 、难 加 工 材 料 加 工方 面 的应用 已相 当广泛 ，尤 其是 在 难 加 工 材 料 领域 解决 了许 多 关 键性 的工 艺 问题 ，取 得 了 良好 的效 果 。＿１］国内外专 家和 学者 的研 究表 明 ：本 质 新 颖 的超声 振动 钻 削在加 工微 小孔 方 面 已表 现 出普 通钻 削无 法 比拟 的工 艺效 果 ，可显 著 提 高 产 品 的 加工 质量 和效 率 。［ ］
第 ２９卷第 ３期 ２０１６年 ５月
眚名取甚技术净 学报
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｑｉｎｇｄａｏ Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｃｏｌｌｅｇｅ
Ｖｏ１．２９ Ｎｏ．３ Ｍ ａｙ ２０１６
超 声 换 能 器 仿 真 分 析
苏保照 ，王春 蕾
（青 岛职业技术学院 ａ．海尔学院；ｂ．软件与服务外包学院 ，山东 青岛 ２６６５５５）
收稿 日期 ：２０１５—１１－０９ 作者 简介 ：苏保照（１９８（＞＿），男，山 东青 岛人 ，讲 师 ，硕 士；王春 蕾（１９８２一），女 ，河南南阳人 ，助教 ，硕士。 ７８ 眚鸟霹士技 术净 学报
２０１６年第 ３期
其 次 ，ＡＮＳＹＳ在 后 处理 中得 到 应 力 分 布 、变 形 等更 加 直观 的结 果 ，在设 计 形 状 复杂 的超 声 换 能 器 时具 有 独 特 的 优 势 。 同 时 根 据 应 力 分 布 情 况 ，可以发现超声换能器理论设计存在 的应力缺 陷，为超声换能器进一步优化设计提供了依据 。
超声换能器ANSYS建模及谐响应分析
ｌ
￡
一
ｄ— ０Ｌ ｎ ・ ｎ
一
一
ｄ 一七 ｐｔ ｏ ｒ
一
图 ３换能系统截面 图
表２
属 性 Ｅ Ｘ Ｅ Ｙ Ｅ ｚ
２ ２ ｅｌ ． ６ ｌ
Ｐ 鞠ｒ Ｒ
０． ８ ２
Ｐ Ｘ Ｐ Ｙ ＲＺ ＲＺ
０． ８ ２ ０ ２ ． ８
ＤＮ ＥＳ
１ ９３ ７ ０
ｄ ａ￣ ｔ ｏｍ ｄ ｔ ｅ ￣ ｒ ｄ ￣ｅ ｔｐ ｘ
１， ｅ３ ４ 嬲 一 ５ １ 一 ．ｅ３
４ ４７ 一３ ０． ｅ ４．ｅ３ ３９－ ２ ０ｅ ． －３
ｒ ｂ ｔｅ －ｓｅｌ ｒ ｉ ｔ ｅ —￣ ｅｌ
ｒ ＿ ｚｔ ｉｐ ｒ ＾Ｏ ｔ ． ｍ
６ ７ｅ３ ． ２－ ３２一 ．ｅ３
０． ９ ２
３４８ Ｉ８０
维普资讯
｜ 蠢
一 中国科技信息 ２０ 年第 １ 期 ０７ ３
ｊ
Ｃ ＩＡ Ｓ Ｉ Ｃ Ｎ Ｅ Ｎ Ｌ Ｇ ＮＯＭ ＴＯ ｕ． ０ ＨＮ ＣＥ ＥＡ Ｄ ＴＣ Ｏ Ｏ Ｙ Ｉ Ｒ Ａ ＩＮ Ｊ１ ０ ７ Ｎ Ｈ Ｆ ２
刘炜 湖 南铁路 科技 职业技 术学院 ４ ０ １０ ０ ２
方程 ，引入边 界 条件建 立结 构平 衡 方程
超声 换 能器是 超声 键合装 备 的一个重 要组成 部 分，芯 片的键 合质量 与超声换 能 器的响应 有 着非常 密切的 关 系。本文通 过有 限元 分析 软件 ＡＮ Ｙ Ｓ Ｓ进 行建模 ，获得换 能 系统谐响应 曲 线，并利 用 多普勒 测速 仪验证 有限 元分析
通过各种标准元件的组合构造出任意复杂的离散结构分析模型然后由相邻单元公共节点处的平衡条件集成总体刚度随时间按正弦规律变化的激励电压时的稳态响应目的是计算出换能器的动力响应得到位移对频率的幅频特性曲线及其它结果随频率变化的情况
ANSYS电磁仿真
ANSYS电磁仿真/TITLE,2D SOLENOID Actuator Static Analysis ! 定义工作标题/FILNAME,Emage_2D,1 ! 定义工作文件名KEYW,MAGNOD,1 ! 指定磁场分析/PREP7ET,1,PLANE13 ! 指定单元类型EMUNIT,MKS ! 定义单位系统keyopt,1,3,1 !axisymetry ! 指定类型为轴对称MP,MURX,1,1 ! 定义空气的材料特性MP,MURX,2,1 !定义线圈的材料特性MP,MURX,3,1 ! 定义汝铁硼的相对磁导率!MP,MGYY,3,883000N=1000 ! 线圈匝数I=0.1 ! 每匝电流N2=800I2=-0.1TA=0.2 ! 模型尺寸参数（厘米）TB=0.5TC=0.5TD=0.2WC=0.5HC=0.7GAP=0.05HS=HC+GAPW=TA+WC+TCHB=TB+HCH=HB+GAP+TD+0.5ACOIL=WC*HC ! 线圈横截面积（cm2）JDENS=N*I/ACOIL ! 电流密度（A/cm2）ACOIL2=TD*0.5 ! 线圈横截面积（cm2）JDENS2=N2*I2/ACOIL2 ! 电流密度（A/cm2）/PNUM,AREA,1 ! 打开面区域编号RECTNG,0,W,0,H ! 生成几何模型-空气RECTNG,0,0.5,HB+GAP,HB+GAP+TD ! 生成几何模型-永磁体RECTNG,TA,TA+WC,TB,TB+HC ! 生成线圈几何coil_down AOVLAP,ALLSAVE!RECTNG,0,W,0,HB+GAP!RECTNG,0,W,0,H!AOVLAP,ALLNUMCMP,AREA ! 压缩编号APLOTSAVE,Emage_2D_geom.db ! 保存几何模型到文件SAVEASEL,S,AREA,,2 ! 给线圈区域赋予材料特性（S:选择方式，面2）AATT,2,1,1,0ASEL,S,AREA,,1 ! 给永磁铁区域赋予材料特性AATT,3,1,1,0!ASEL,S,AREA,,3 ! 给空气区域赋予材料特性!AATT,1,1,1,0/PNUM,MAT,3 ! 打开材料编号ALLSEL,ALL ! 选择所有的实体APLOTSMRTSIZE,4 ! 设置智能化划分网格等级AMESH,ALL ! 划分自由网格SAVE,Emage_2D_Mesh.db ! 保存网格单元数据到文件SAVEESEL,S,MAT,,3 ! 选择衔铁上的所有单元CM,ARM,ELEM ! 生成一个组件FMAGBC,'ARM' ! 给衔铁加力边界条件ALLSEL,ALLARSCAL,ALL,,,0.01,0.01,1,,0,1 ! 改变单位制为MSK单位（米）FINISH/SOLUESEL,S,MAT,,2 ! 选择线圈上的单元BFE,ALL,JS,1,,,JDENS/(0.01**2) ! 施加电流密度载荷ESEL,S,MAT,,3! 选择线圈上的单元BFE,ALL,JS,1,,,JDENS2/(0.01**2) ! 施加电流密度载荷ALLSEL,ALLNSEL,EXT ! 选择外层节点D,ALL,Az,0 ! 施加磁力线平行边界条件ALLSEL,ALLMAGSOLV,0,3,0.001,,25 ! 求解并运算SAVE,Emage_2D_resu.db ! 保存计算结果SAVEFINISH/POST1PLF2D,27,0,10,1 ! 显示磁力线图FMAGSUM,'ARM' ! 对电磁力求和PLVECT,B,,,,VECT,ELEM,ON,0 ! 显示磁通密度矢量/GRAPHICS,POWERAVRES,2PLNSOL,B,SUM ! 显示磁通密度等值云图TORQSUM, 'ARM' ! 对电磁力求矩FLISH。
ANSYS电磁场教程电磁模拟课件
• 实例：当铁芯磁导率变大时磁场不为零（多连通）
闭合磁路电感线圈
4.1-29
• 模拟远场区域的模型有二种远场边界单元(infin47和infin111) – infin47 • 这是一个“壳”形单元，可用“esurf”生成 • 模型外表面不要求设置其它标志
从帮助（Help ）查 看infin47单元
• 三维单元包括远场边界单元 • 与二维模拟相同，也支持复杂组合的物理区域
– 交流分析的绞线导体与块导体 – 电压与电流供电 – 复杂铁磁区域
4.1-6
• 具有模拟三维模型运动的功能 – 周期性边界条件 – 改变线圈电流 – 不相同网格
• 执行动画文件: mach3d.avi观察转子转动画
10极永磁电机，输 入正弦电流
4.1-24
• 差分标量势 (DSP)方法可用于模拟: – 线圈与铁磁介质区相连 – 永磁体 – 无铁磁区的线圈 – 限制：模型几何体必须满足单连通条件。 • 当铁芯磁导率接近于无限大则铁介质中磁场强度接近零时，可 确定为单连通（致动器、具有空气隙电机等） – 缺点: • 求解为二步过程
4.1-25
4.1-7
• 三维模拟使用多种单元列式
• 单元列式直接影响到模拟的各个方面 – 施加通量垂直和平行边界条件 • 何为自然边界条件？ • 何为自由度约束？ – BH数据对收敛敏感性的影响 • ν - B2 曲线与μ - H 曲线 – 模拟激励的方法（绞线圈） – 可在模型中包含铁磁区 – 模型中的铁磁-空气界面 – 后处理 • 通量计算（电动势（EMF）计算的起始点） • “磁力线”显示
4.1-35
三维应用
Applications
RSP DSP GSP MVP
借助ANSYS优化设计声学换能器(2008版)
12
3.2.2 属性－从几何模型到有限元模型
13
3.3 求解——解有限元方程
16
3.3.1 求பைடு நூலகம்选项
16
3.3.2 施加载荷
16
3.4 后处理——提取变量参数、获得问题答案
17
第四章 换能器分析模拟实例
18
4.1 压电材料参数与坐标变换
18
4.2 压电换能器模拟分析实例——纵向换能器发射性能分析
20
4.3 几种常见类型压电换能器的分析建模实例
36
第五章 纵向换能器结构优化与设计
45
5.1 纵向换能器压电堆优化的新探讨
45
5.2 双激励纵向换能器的结构弹性与小型低频宽带换能器的设计 51
5.3 换能器有载谐振频率及阻抗分析的流体模型简化处理方法 56
5.3.1 水声换能器简化流体模型分析实例
56
近些年不少超声领域的学者与本人探讨 ANSYS 软件应用的问 题，所以笔者考虑水声换能器建模的讨论已经内容较多，有必要将超 声换能器的分析内容及分析方法做些介绍，因此本讲义新增的第五章 内容即是从纵向换能器优化的实例入手，结合超声换能器设计中所关 注的技术问题，展开一系列计算与讨论。其中不乏有笔者初浅的处理 思路和分析方法，与各位学者共勉，同时也希望得到您的批评指导及 各方面的宝贵意见。
其中不乏有笔者初浅的处理思路和分析方法与各位学者共勉同时也希望得到您的批评指导及各方于北京借助ansys优化设计声学换能器第一章ansys有限元软件简介11ansys软件应用于声学及换能器领域解决的具体问题12ansys软件简介第二章ansys有限元软件设计换能器的基本理论21有限元法分析换能器机电耦合问题的数理基础22ansys有限元软件用于换能器分析的基本理论23ansys有限元软件用于换能器分析的一般步骤24利用ansys软件来解决磁致伸缩机电耦合问题第三章ansys有限元软件分析换能器的基本过程31模型简化准物理模型32建模有限元模型的生成321几何模型的构建322属性从几何模型到有限元模型33求解解有限元方程331求解选项332施加载荷34后处理提取变量参数获得问题答案第四章换能器分析模拟实例41压电材料参数与坐标变换42压电换能器模拟分析实例纵向换能器发射性能分析43几种常见类型压电换能器的分析建模实例第五章纵向换能器结构优化与设计51纵向换能器压电堆优化的新探讨52双激励纵向换能器的结构弹性与小型低频宽带换能器的设5153换能器有载谐振频率及阻抗分析的流体模型简化处理方法531水声换能器简化流体模型分析实例532超声清洗换能器简化流体负载模型分析实例参考文献11121213161616171818203645455656586311莫喜平
ANSYS在超声电机设计中的应用
ANSYS在超声电机设计中的应用1 引言ANSYS软件是融结构、流体、电磁场、声场和藕合场分析于一体的大型通用有限元软件，其具有强大的有限元分析和优化设计功能。
它能与大多数CAD软件连接，实现数据的共享和交换，ANSYS自带的编程语言APDL可供用户以ANSYS为平台，进行二次开发，是强有力的计算工具，其计算结果已成为各类工业产品设计和性能分析的可靠依据。
在超声电机的设计研究中，ANSYS软件受到广大研究入员的青睐，已被广泛地应用于超声电机振子模态设计和优化中。
2 ANSYS主要分析功能ANSYS软件的主要功能有静力学分析、动力学分析、热力学分析、流体分析、藕合场分析、结构优化等。
当惯性和阻尼对结构影响不显著时，可用静力学分析求解稳态外载荷引起的位移、应力、应变和力。
也可以考虑结构的非线性特性，如大变形、大应变、应力刚化、接触、塑性、超弹及蠕变等。
动力学分析包括模态分析、谱分析、谐响应分析和瞬态动力学分析，主要用来分析复杂结构在空间中的运动特性，并确定结构中由此产生的应力、应变和变形。
热分析包括稳态热分析、瞬态热分析、相变分析和热-结构祸合分析。
可处理热传递的三种基本类型：传导、对流和辐射。
计算系统或部件由于热载荷引起的温度分布及热梯度、热流率、热流密度等参数。
流体力学分析包括计算流体力学分析(层流、湍流和热流体)和声学分析。
对流币权单元进行稳态或瞬态分析。
ANSYS软件作为一个功能强大的结构分析和结构优化软件，具有多物理场祸合的功能，允许在同一模型上进行各种祸合计算，如：热-应力、磁-热、磁-结构、流体-热、流体-结构、热-电、电路藕合电磁场、电磁及压电祸合分析等。
通过定义设计变量、状态变量和目标函数等优化变量，可利用ANSYS 的优化工具和参数设计语言APDL对模型进行尺寸、形状、支撑位置、制造费用、固有频率、材料等优化设计。
ANSYS程序提供了两种优化的方法：零阶方法和一阶方法。
对于这两种方法，ANSYS程序提供了一系列的分析-评估-修正的循环过程。
ansys电磁场仿真分析教程
1-37
第二章 第2节
二维静磁学
1-38
EMAG 模拟的概念
• 模型边界条件有:
– 磁通量垂直
– 磁通量平行
– 周期性对称 *
• 偶对称
B
• 奇对称
• 根据单元方程式施加边界条件
– 矢量(2D 或3D)
– 标量 (3D)
– 基于单元边 (3D)
铁芯
A A 空气
*在第2章来讨论
简单励磁的平面模型
衔铁 线圈
1-8
性质
柱体: μr = 1000 线圈: μr = 1
匝数:
2000
(整个线圈)
空激气 励 :
μr = 1
线圈励磁为直流电流: 2 安 培
模型 轴对称
Y
材料号 2
衔铁 长度=35
材料号3
单位 (mm)
Coil X
1-9
• 建模 – 设置电磁学预选项（过滤器） – 对各物理区定义单元类型 – 定义材料性质 – 对每个物理区定义实体模型 • 铁芯 • 线圈 • 空气 – 给各物理区赋材料属性 – 加边界条件
• 为每个物理区定义材料 – 导磁率（常数或非线性） – 电阻率 – 矫顽磁力，剩余磁感应
衔铁 线圈 锭子
实体模型
1-5
• 建实体模型 • 给模型赋予属性以模拟物理区 • 赋予边界条件
– 线圈激励 – 外部边界 – 开放边界 • 实体模型划分网格 • 加补充约束条件（如果有必要） – 周期性边界条件 – 连接不同网格
• 选择 OK
1-27
• 加力边界条件标志 Preprocessor>Loads>Apply>-Magnetic-Flag>Comp Force
电磁超声无损检测技术的ANSYS仿真研究
电子测量技术ＥＬＥＣＴＲｏＮＩＣＭＥＡＳＵＲＥＭ［ＥＮＴＴＥＣＨＮｏＬＯＧＹ第３１卷第７期２００８年７月电磁超声无损检测技术的ＡＮＳＹＳ仿真研究任晚可李健（天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室天津３０００７２）摘要：利用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ对电磁超声无损检测技术进行了研究，通过仿真，比较了电磁超声检测过程中缺陷对被测导体表面磁流密度、磁感应强度和涡流等的影响，并介绍了ＡＮＳＹＳ软件进行瞬态电磁场仿真的过程，为电磁超声的研究提供了帮助。
关键词：电磁超声；有限元；无损检测；管道中图分类号：ＴＨ８７８文献标识码：ＡＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｃｏｕｓｔｉｃＮＤＴｂｙＡＮＳＹＳＲｅｎＸｉａｏｋｅＬｉＪｉａｎ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＰｒｅｃｉｓｉｏｎＭｅａｓｕｒｉｎｇＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＩｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｔｉａｎｊｉｎ３０００７２）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｅｓｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｆｙｏｆｎｏｎｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔｉｎｇ（ＮＤＴ）ｉｎｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃａｃｏｕｓｔｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ（ＥＭＡＴ）ｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｓｏｆｔｗａｒｅＡＮＳＹＳ．Ｉｔｓｉｍｕｌａｔｅｓｔｈｅｉｎｆｌｕｅｎｃｅｗｈｉｃｈｃｏｍｅｓｆｒｏｍｄｅｆｅｃｔｉｎｍａｇｎｅｔｉｃｆｌｕｘｄｅｎｓｉｔｙ，ｍａｇｎｅｔｉｃｉｎｄｕｃｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙａｎｄｅｄｄｙｃｕｒｒｅｎｔｄｕｒｉｎｇｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｓｍｕｌｔｒａｓｏｕｎｄｔｅｓｔｉｎｇ．ＴｈｅｓｔｅｐｓｏｆｕｓｉｎｇＡＮＳＹＳｔＯｓｉｍｕｌａｔｅｔｒａｎｓｉｅｎｔｓｔａｔｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｆｉｅｌｄａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ，ｗｈｉｃｈｃｏｕｌｄｈｅｌｐｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｅｓｔｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｒｅｓｅａｒｃｈｄｉｒｅｃｔｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＥＭＡＴ；ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ；ｎｏｎ－ｄｅｓｔｒｕｃｔｉｖｅｔｅｓｔｉｎｇ；ｐｉｐｅｌｉｎｅ０引言管道作为能源运输的主要方式，其安全性是相当重要的。
ansys-EMI仿真教程
a n s y s-E M I仿真教程(总48页)--本页仅作为文档封面，使用时请直接删除即可----内页可以根据需求调整合适字体及大小--SIwave电源完整性仿真教程目录1软件介绍................................................... 错误!未定义书签。
功能概述................................................ 错误!未定义书签。
操作界面................................................ 错误!未定义书签。
常用热键................................................ 错误!未定义书签。
2仿真的前期准备............................................. 错误!未定义书签。
软件的准备.............................................. 错误!未定义书签。
PCB文件导入 ........................................... 错误!未定义书签。
Launch SIwave方式................................. 错误!未定义书签。
ANF+CMP方式....................................... 错误!未定义书签。
PCB的Validation Check ................................. 错误!未定义书签。
PCB叠层结构设置........................................ 错误!未定义书签。
仿真参数设置............................................ 错误!未定义书签。
基于ANSYS平台的电磁场数值仿真
实验报告实验名称基于ANSYS平台的电磁场数值仿真课程名称工程电磁场院系部：电气与电子工程学院学生姓名：同组人：指导教师：实验日期：专业班级：试验台号：学号：成绩：华北电力大学实验二基于ANSYS平台的电磁场数值仿真一、实验目的1.在仿真过程中学会使用ANSYS软件。
2.学会边值问题的建模方法。
3.学会用仿真软件检验对电磁场分布的猜测。
二、实验类型本实验为验证型教学实验。
三、实验仪器配备有ANSYS软件平台的台式计算机。
四、实验原理本实验是在ANSYS平台上开发的。
ANSYS是国际上著名的有限元软件包，可对结构力学、流体力学、传热学和电磁学等领域的问题进行求解。
其特点是图形界面友好，易学，前后处理功能强大。
在ANSYS平台上开发电磁场数值仿真实验，只需将问题的求解过程描述清楚，按照给定步骤上机操作，即可得到预期结果。
五、实验内容图1 仿真计算模型（图中a、D可自定）仿真实验包括静电场试验和恒定磁场试验，可任选一个（本实验选作静电场试验）。
对于静电场试验，图1中两导体点位分别为100V和-100V；对于恒定磁场试验，图1中两导体电流密度分别为10000A/㎡和-10000A/㎡。
根据几何结构和源分布的对称性，仿真实验可选用1/4或1/2平面进行建模。
实验分为两步：第一步，按照给定步骤和给定参数上机操作；第二步，尝试改变某些参数，观察仿真结果的变化。
六、实验步骤及结果1、打开ANSYS软件，并熟悉各项操作。
2、给定材料相对介电常数，设定内部单元类型，设定外部无限单元类型，并创建几何模型。
3、选择模型各部分之间集合运算，删除导体部分，定义区域属性。
4、进行外部无限单元划网格和内部有限单元划网格。
5、在导体表面加电位，左侧导体加-100V电位，右侧导体加100V电位。
6、给无限边界加标志。
7、求解。
网格剖分图8、显示电位9色云图电位云图等电位线分布图电位移矢量图电场强度图七、思考题1、在仿真过程中，因为整个平面中的电荷和电解质关于1/4或者1/2具有对称性，也就是说整个平面的电场、电位等关于1/4或者1/2平面对称。
电磁超声表面波换能器设计参数仿真
电磁超声表面波换能器设计参数仿真
李固;陈鹏;王帅;边雁
【期刊名称】《国外电子测量技术》
【年(卷),期】2011(30)4
【摘要】电磁超声换能器(EMAT)的建模仿真是对电磁超声产生和接收的物理过程的认知,通过仿真研究原理、优化设计参数可以有效提高电磁超声换能器的换能效率。
为了获得电磁超声表面波换能器的最优参数,总结EMAT设计的基本准则,利用有限元分析软件ANSYS建立EMAT有限元模型,分别对3种不同类型激励线圈进行了仿真,进而分析了偏执磁场、线圈、提离距离与涡流之间的关系,寻找表面波换能器设计的关键参数,确定了各参数对换能效率的影响规律,指出各个参数在不同检测条件下要按实际需求选取才能达到最大的检测效率。
【总页数】5页(P54-58)
【关键词】电磁超声换能器;表面波;涡流;ANSYS
【作者】李固;陈鹏;王帅;边雁
【作者单位】军械工程学院;西安电子科技大学
【正文语种】中文
【中图分类】TP802.8
【相关文献】
1.电磁超声换能器仿真分析与优化设计 [J], 刘燕;潘瑞敏;陈德智;姜贺
2.电磁超声换能器磁铁的设计及优化仿真 [J], 杨榛;张录楠
3.曲折线圈型电磁超声表面波换能器的优化设计 [J], 康磊;金昱;潘峰;苏日亮
4.电磁超声换能器磁铁的设计及优化仿真 [J], 杨榛;张录楠
5.电磁超声换能器几何参数的ANSYS仿真 [J], 郭辰霖;杨理践;邢燕好
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
第四届（ＣＴＣ２０１０）２０１０年全国通信新理论与新技术学术大会优秀论文
在解决了电磁超声中电、磁、力、声等多物理场祸合求解的问题时，通常会使用电、磁、声等多场耦合的大型自．限元分析软件ＡＮＳＹＳ。
凶此对于电磁超声换能器的丰要参数可以使用ＡＮＳＹＳ进行仿真，ＡＮＳＹＳ有限元分析中可以使用两种方法进行耦合场计算，一种是直接耦合一·种是参数耦合，所以采用常用的卣接耦合的方法，也就是给定好相应的参数以及边界条件最终得出结果，而在电磁超声仿真过程中会涉及电磁场、机械场的分析，所以需要具体的参数和边界条件１３ｌ。
同时在瞬态分析时要对时间函数的载荷每一步都要定义，定义它的时问值等参数，最后将数据写入载荷文件中，当载荷步结束后，可以得到最后的仿真结果，通过仿真电磁场产乍的洛仑鳆力来分析参数是如何影响电磁超声换能器的换能效率的。
３．１对电磁超声换能器进行数学建模
电磁超声换能器的模型要能真实的反映手要参数对换能效率的影响。
因此采用比较薄的铝板来作为被测材料，并且简单的ｌＪＩ｛匝激励线圈作为激励线圈。
对比较容易网格划分的铝板进行六面体划分，Ｉ以对比较难网格划分的部分采用智能划分的方法，对激励线圈模拟加载１００４的高频线圈，频率为４００Ｋ，同时认为铝板周闱·。
定范同是零磁势，即建立边界条件【４１。
模型的具体参数如Ｆ：
１）儿何参数：
铝板：长×宽×高＝Ｏ．８ｍＸ０．４ｍＸ０．０１ｍ
线圈：长×宽×高＝０．０３ｍ×０．０００１２ｍＸ０．０００２４ｍ
丰｝ｌ邻导线间距ｂ＝ｏ．０００２４ｍ
提离距离ｈ＝０．０００５ｍ
２）物理参数：
铝板：相对磁导率ａ，，＝４００
电阻率ｐ＝ＩＥ－７Ｑ·ｍ
杨氏模量Ｅ户７．１ＥＩＯＰａ
密度ｍ＝２．７Ｅ３ｋｇ／ｍ３
空气：相对磁导率Ｉｚｙ＝ｌ
电磁超声换能器的模型如图２所示。
图２电磁超声换能器探头的简化模型
采用３Ｄ瞬态的电磁祸合分析，由于铝板取的面积相对模犁比较大，所以图２中铝板没有完全给出。
在铝板上由于产生是涡流，所以铝板取的模酗计算单元是ＳＯＬＩＤ９７．１。
而其他的单元ｆ｝ｌ于涉及不到涡流的计算问题，所以采用的计算单冗为ＳＯＬＩＤ９７．０。
对于铝板采用４０×４０×４的网格划分，Ｉ砸其他模块为了简便使用ＡＮＳＹＳ的智能网格划分来进行划分【５ｌ。
３．２三种常用激励线圈对换能效率影响的仿真
首先对儿种线圈进行３Ｄ仿真，同前常用的线圈有蛇形线圈，变问距蛇形线圈和环形线圈，由于每种线圈部有其不同特点，所以对三种线圈进行简化。
因为环绕部分的线圈对被测材料铝板上产牛的涡流影响不大，所以为了减少仿真的计算量，对高频激励线圈环绕部分进行了简化，线圈模型如图３所示。
第四届（ｃＴｃ２０１０）２０１０年全国通信新理论与新技术学术大会优秀论文
（ｃ）环形线圈在铝板上洛仑兹力矢量图
图５洛仑兹力的矢量图
由于电磁超声换能器的换能效率取决于洛仑兹力和磁致伸缩，而铝板主要取决于洛仑兹
力，所以洛仑兹力越大电磁超声的换能效率越大。
通过比较以上三个图，我们发现这二个线
圈在铝板上产牛的洛仑兹力柏差不大，图５（ａ）洛仑兹力最大值为０．３７８８１５Ｎ，图５（ｂ）洛仑兹
力最大值为０．３８５００８Ｎ，图５（ｃ）洛仑兹力最大值为０．３７９３１９Ｎ，凶此从电磁超声换能器的换
能效率上来看，这三个线圈换能效率大小差不太多，｛Ｒ是图５（ａ）等问距线圈能够产牛比较集
中的涡流，凶此等问距线圈更自－利无损检测，而变间距线幽的应用范围还需要进一步研究。
３．３改变等间距蛇形线圈间隔对换能效率影响仿真
以下是等间距线圈导体间隔为０．０００２４ｍ和０．０００３６ｍ时，对应洛仑旌力的矢量图如图６
所示。
（ａ）导体间隔为Ｏ．０００２４ｍ时洛仑兹力矢量图（ｂ）导体间隔为０．０００２４ｍ时洛仑兹力矢量图
图６等间距蛇形线圈洛仑兹力的矢量图
通过比较图６（ａ）和图６（ｂ）我们发现线圈的问距越小如图６（ａ）对应的洛仑兹力就越大，即
当导体问距从０．０００３６ｍ减小到０．０００２４ｍ，对应的洛仑旌力的大小会Ｉｆｆ原来０．３６９４４４Ｎ增大
到０．３７８８１５Ｎ，也就是换能效率增大，也就是说电磁超声换能器的检测线圈间距不宜过大，比
较密集的等问距线圈检测可以提供较大有效检测面积和比较大的换能效率，所以适合用于无
损检测。
但是由于线圈间距的变化还会改变产生在板材上超声波的频率，而不同超声波的频率会
对应不同的检测材料，因此在改变线圈间距的同时还需要考虑这个冈素，这样才能使得电磁
超声换能器的换能效率真正符合实际的应用。
特别是使心电磁超声换能器产生表面波，线圈
问距要等于表面波波长的二分之一，这样才能在高频激励线圈的作用下发牛牛Ｈ长干涉，Ａ‘能
在铝板上产生表面波，这科ｔ情况下就不人适合用改变线圈间距的方法来改变电磁超声换能器
的换能效率。
４．结论
通过对电磁超声换能器几何参数的ＡＮＳＹＳ仿真，得出了以下结论：（１）等问距蛇形线
圈较其他线圈能够提供比较大有效检测面积。
（２）等问距蛇形线圈的换能效率与其他线罔的
换能效率相差不大。
（３）导体间隔在０．０００２４ｍ到０．０００３６ｍ范嗣内，减少问距可以提高电磁
超声换能器的换能效率。
通过实验，验证了仿真结果与实验结果是一‘致的。
参考文献（Ｒｅｆａ啪ｃｃｓ）
【ｌ】ＫａｔｓｕｈｉｒｏＫａｗａｓｈｉｍａ，Ｔａｋａｏ
ＨｙｏｇｕｄｌｉａｎｄＴｏｓｈｉｏＡｋａｇｉ．Ｏｎ－ｌｉｎｅｍ洲ｅａｔｏｆｐＩａｓｌｉｃ霸ＴＢｉｎｍｔｉｏｏｆｓｔｅｅｌｓｈｅｅｔｕｓｉｎｇ髑咖ａｎｃｅｍｏｄｅＥＭＡＴ［Ｊ］．ＪｏｎｒｎａＩｏｆＮ删ｖｅＥｖａｌｕａｔｉｏｎ，１９９３，１２（１）：７Ｉ·７７．
［２１朱红秀，吴淼，刘啦然．用于钢管缺陷检测的电磁超声传感器优化设计研究【Ｊ】．仪器仪表学报，２００６，
电磁超声换能器几何参数的ANSYS仿真
作者：郭辰霖， 杨理践， 邢燕好， GUO Chen-lin， YANG Li-jian， XING Yan-hao
作者单位：沈阳工业大学,信息科学与工程学院,沈阳,110780
刊名：
中国电子商情·通信市场
英文刊名：TELECOM MARKET
年，卷(期)：2010(6)
1.M.Hirao;H.Ogi;H.Fukuoka Advanced ultrasonic method for measuring rail axial stresses with electromagnetic acoustic transducer 1994(03)
2.David K.Hsu;Kwang-Hee Im;In-Young Yang Applications of electromagnetic acoustic transducers in the NDE of non-conducting composite materials 1998(05)
3.吴山标电磁超声检测中激磁场的有限元模拟[期刊论文]-物理测试 2009(03)
4.任晓可;李健电磁超声无损检测技术的ANSYS仿真研究[期刊论文]-电子测量技术 2008(07)
5.朱红秀;吴淼;刘卓然用于钢管缺陷检测的电磁超声传感器优化设计研究[期刊论文]-仪器仪表学报 2006(12)
6.Katsuhiro Kawashima;Takao Hyoguchi;Toshio Akagi On-line measurement of plastic strain ratio of steel sheet using resonance mode EMAT 1993(01)
本文链接：/Periodical_txsc201006024.aspx。