طراحی مبدل الکتروآکوستیک تانپیلز برای کاربردهای سونار زیر آب با روش المان محدود
پذیرفته شده برای ارائه شفاهی
کد مقاله : 1055-ISAV2025 (R1)
نویسندگان
1پژوهشگر
2پژوهشگر، دانشجو دکترا
3پژوهشگر سونار - سازمان تحقیقات
4پژوهشگر سازمان تحقیقات
چکیده
این مطالعه با هدف طراحی و ساخت یک مبدل آکوستیکی انجام شده است که اولین فرکانس تشدید آن در محدوده ۱۱ کیلوهرتز قرار دارد. این مبدل میتواند بهعنوان یک پینگر هشداردهنده (یابنده مکان) زیرآبی در شرایط اضطراری مورد استفاده قرار گیرد. هنگامیکه بر روی یک هواپیما، کشتی یا تجهیزی نصب شده و توسط یک حسگر فشار فعال میشود، این پینگر میتواند بهعنوان یک وسیله هشداردهنده عمل کند.
هستهی اصلی مبدل از یک حلقه پیزوالکتریک (نوع PZT-4) تشکیل شده است. با افزودن یک پوسته فلزی استوانهای هممرکز در اطراف این حلقه، هدف این است که هم درجههای آزادی سازه افزایش یابد و هم موج صوتی منتشرشده در راستای عمود بر سطح خارجی حلقه هدایت شود. حلقه از جنس سرامیک پیزوالکتریک ساخته شده و پوسته فلزی هممرکز اطراف آن از جنس آلومینیوم است.
از آنجا که تحلیل محاسباتی چنین ساختارهایی با استفاده از نرمافزارهای شبیهسازی بسیار زمانبر است، تنها بخشی از ساختار (یک قطاع از آن) مورد تحلیل قرار گرفته است، زیرا نتایج بهدستآمده با نتایج مدل کامل یکسان هستند. نتایج بهدستآمده تطابق بسیار خوبی را نشان میدهند.
هستهی اصلی مبدل از یک حلقه پیزوالکتریک (نوع PZT-4) تشکیل شده است. با افزودن یک پوسته فلزی استوانهای هممرکز در اطراف این حلقه، هدف این است که هم درجههای آزادی سازه افزایش یابد و هم موج صوتی منتشرشده در راستای عمود بر سطح خارجی حلقه هدایت شود. حلقه از جنس سرامیک پیزوالکتریک ساخته شده و پوسته فلزی هممرکز اطراف آن از جنس آلومینیوم است.
از آنجا که تحلیل محاسباتی چنین ساختارهایی با استفاده از نرمافزارهای شبیهسازی بسیار زمانبر است، تنها بخشی از ساختار (یک قطاع از آن) مورد تحلیل قرار گرفته است، زیرا نتایج بهدستآمده با نتایج مدل کامل یکسان هستند. نتایج بهدستآمده تطابق بسیار خوبی را نشان میدهند.
کلیدواژه ها
Title
Design of electro-acoustic Tonpilz transducer for underwater SONAR applications with Finite Element Method
Authors
Mohamad Amiri, Sedigheh Shekarriz Lari, Sajad Ghajarpour, Saeid Sefidgar, Saber Soltanrezaei, Amir Kabiri
Abstract
This study aims to design and fabricate an acoustic transducer whose first resonance frequency occurs within the 11 kHz range. The transducer can be used as an underwater warning pinger (locator) for emergency situations. When installed on an aircraft, vessel, or piece of equipment, and activated by a pressure sensor, this pinger can serve as a warning device. The core of the transducer is a piezoelectric (PZT-4) ring. By adding a concentric cylindrical metal shell around the ring, we aim to both increase the structural degrees of freedom and align the emitted acoustic wave with the normal vector perpendicular to the outer surface of the ring. The ring is made of piezoceramic material, while the surrounding concentric metal shell is made of aluminum. Since the computational analysis of such structures using simulation software is highly time-consuming, a sector of the structure is analyzed instead of the full model, as the results are identical to those obtained from the complete geometry. The obtained results show excellent agreement.
Keywords
Tonpilz, transducer, FEM