基于洛倫茲力機理的電磁超聲換能器建模及仿真研究.pdf

1、電磁超聲技術由于無需耦合劑，方便產(chǎn)生多種類型超聲波，廣泛應用于超聲無損檢測領域。本文研究了基于洛倫茲力機理的電磁超聲換能器建模及仿真分析。采用數(shù)值法和解析法相結合，計算了電磁超聲換能器的聲場特性，為電磁超聲換能器優(yōu)化設計奠定了理論研究基礎。
　　首先根據(jù)電磁場理論推導了洛倫茲力產(chǎn)生機理。由彈性動力學理論推導了表面點力作用下表面波位移的解析表達式及橫縱體波位移的解析表達式，為計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電流大小的二次方函數(shù)。當激勵電流等于528.9A時，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。在激勵電流較大時，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行建模，仿真分析了其在鋁板內部產(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的距離，縱波很快衰減為零。
　　為驗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械裝置，對電磁超聲表面波換能器激發(fā)的表面波聲場