مهدی شعبان

چکیده: ترانسدیوسرهای فراصوتی بخش اصلی از یک سیستم فراصوتی را تشکیل داده و وظیفه تولید امواج و نوسان مذکور را برعهده دارند. در نتیجه طراحی و تعیین ابعاد دقیق ترانسدیوسر متناسب با فرکانس طراحی از اهمیت بالایی برخوردار است. در طراحی و ساخت ترانسدیوسرهای پیزوالکتریکی فراصوتی از یک پیچ مرکزی جهت اعمال پیش تنش به منظور افزایش تنش تسلیم کششی پیزوالکتریک ها و ایجاد سطح تماس مناسب بین اجزای مختلف ترانسدیوسر استفاده می شود. هدف از این پژوهش بررسی اثر پیش تنش در مدل سازی عددی و روابط تحلیلی مربوط به طراحی ترانسدیوسرهای پیزوالکتریکی فراصوتی می باشد. در این تحقیق ابتدا سه نوع ترانسدیوسر پیزوالکتریکی فراصوتی با فرکانس طراحی 25kHz، 22kHz و30kHz به ترتیب با قطعه تطبیق استوانه ای، پله ای و مخروطی در دو حالت بدون اعمال پیش تنش و با اعمال پیش تنش توسط نرم افزار المان محدود مدل سازی و مورد تحلیل قرار گرفته اند. مدل سازی عددی توسط نرم افزار المان محدود آباکوس، بصورت سه بعدی کامل و با استفاده از قابلیت Bolt load در این نرم افزار انجام شده است، سپس حل براساس معادله انتشار موج بصورت یک بعدی و روابط تحلیلی مربوط به طراحی ترانسدیوسر در دو حالت بدون اعمال پیش تنش و با اعمال پیش تنش انجام شده و نتایج بدست آمده با مقادیراندازه گیری شده مقایسه گردید. نتایج بدست آمده از مدل سازی عددی نشان داد که با اعمال پیش تنش در ترانسدیوسرها، مقدار فرکانس رزونانس ترانسدیوسرها کاهش پیدا کرده است. علت تغییر فرکانس رزونانس تغییر در ماتریس سختی در اثر کاهش طول ترانسدیوسر، توزیع تنش های کششی و فشاری در بخش های مختلف ترانسدیوسر و تغییر شکل های جانبی ناشی از سفت کردن پیچ مرکزی در قسمت های های مختلف ترانسدیوسرمی باشد، خطای طراحی در مدل سازی عددی ترانسدیوسر با فرکانس رزونانس 25kHz از 6.8% به 5.2% کاهش یافته است و همچنین برای ترانسدیوسر با فرکانس رزونانس 22kHz خطای طراحی از 2.1% به13% تغییر کرده است و خطای طراحی ترانسدیوسر 30kHz از 9.3% به 0.04% کاهش یافته است، همچنین مشاهده شد که با اعمال اثر پیش تنش در روابط تحلیل یک بعدی، خطای طراحی ترانسدیوسر با فرکانس رزونانس 25kHz از 7.7% به 7.6% و ترانسدیوسر با فرکانس 22kHz درصد خطا از 1.7% به 0.08% و ترانسدیوسر 30kHz خطا از14% به 13% تغییر یافته است. بصورت کلی می توان نتیجه گرفت