基于洛倫茲力機(jī)理的電磁超聲換能器建模及仿真研究.pdf

1、電磁超聲技術(shù)由于無需耦合劑，方便產(chǎn)生多種類型超聲波，廣泛應(yīng)用于超聲無損檢測領(lǐng)域。本文研究了基于洛倫茲力機(jī)理的電磁超聲換能器建模及仿真分析。采用數(shù)值法和解析法相結(jié)合，計(jì)算了電磁超聲換能器的聲場特性，為電磁超聲換能器優(yōu)化設(shè)計(jì)奠定了理論研究基礎(chǔ)。
　　首先根據(jù)電磁場理論推導(dǎo)了洛倫茲力產(chǎn)生機(jī)理。由彈性動(dòng)力學(xué)理論推導(dǎo)了表面點(diǎn)力作用下表面波位移的解析表達(dá)式及橫縱體波位移的解析表達(dá)式，為計(jì)算電磁超聲表面波和電磁超聲體波的聲場提供了理論依據(jù)。

2、r>　　采用三維有限元方法對曲折線圈電磁超聲表面波換能器進(jìn)行建模，仿真分析鋁板中洛倫茲力分布及表面波聲場分布。洛倫茲力包括兩種分量，一種是由渦流和外界靜磁場作用產(chǎn)生的，另一種是渦流和線圈電流激發(fā)的交變磁場作用產(chǎn)生的。靜磁場洛倫茲力激發(fā)的表面波幅值與激勵(lì)電流大小成正比，而交變磁場洛倫茲力激發(fā)的表面波幅值是激勵(lì)電流大小的二次方函數(shù)。當(dāng)激勵(lì)電流等于528.9A時(shí)，靜磁場洛倫茲力和交變磁場洛倫茲力激發(fā)的表面波幅值相等。在激勵(lì)電流較大時(shí)，不能忽略

3、交變磁場洛倫茲力的影響。
　　本文對螺旋線圈電磁超聲體波換能器進(jìn)行建模，仿真分析了其在鋁板內(nèi)部產(chǎn)生的橫、縱波聲場分布。水平徑向洛倫茲力主要產(chǎn)生沿深度方向傳播的橫波，垂直方向洛倫茲力主要產(chǎn)生沿深度方向傳播的縱波。螺旋線圈電磁超聲換能器在鋁板中產(chǎn)生的橫波分量大于縱波分量，橫波在鋁板中能夠傳播較遠(yuǎn)的距離，縱波很快衰減為零。
　　為驗(yàn)證所建模型的正確性，本文采用電磁超聲換能器探頭并配合機(jī)械裝置，對電磁超聲表面波換能器激發(fā)的表面波聲場