结构力场与压力声场耦合的数值计算方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术实施例提供的一种结构力场与压力声场耦合的数值计算方法、装置及电子设备，该方法应用于压电换能器，该方法包括：建立压电换能器的三维模型作为压电换能器模型，并获取压电换能器模型的基准参数矩阵；基于基准参数矩阵构建压电换能器模型的力场结构方程和声场声压方程；获取压电换能器模型的力场结构参数和声场声压参数；基于力场结构参数和声场声压参数对力场结构方程和声场声压方程进行交替求解，直至力场结构方程和声场声压方程均收敛，分别得到压电结构的位移向量和声场的声压向量。可以通过对于压电换能器所产生的结构力场和压力声场进行耦合研究，并对相关向量进行计算，从而可以提高对结构力场和压力声场的求解的准确度。解的准确度。解的准确度。

【技术实现步骤摘要】
结构力场与压力声场耦合的数值计算方法及装置


[0001]本专利技术涉及结构力学场
，尤其是涉及一种结构力场与压力声场耦合的数值计算方法及装置。

技术介绍

[0002]在超声波流量计中，压电换能器既可以做执行器(发射声波)，又可以做接收器(接收声波)。当对其输入电信号时，压电换能器的压电结构层的伸张和收缩带动结构层的形变，施加到发射器的输入电压信号导致压电换能器发生机械变形，从而，这种机械变形也会在流体中产生声波。当执行器产生的声波在流体中传播达到接收器后，发生相反的过程：机械负载因正压电效应而转换成电信号。
[0003]因此，当压电换能器应用在流体流量计的时候，由于上述效应可以即产生一种压电感应的结构力场；同时由压力产生在流体中引起的震动也会产生一种对应的压力声场。但是现有技术中往往仅能会对其中的结构力场进行建模计算，并不能对二者之间的耦合作用进行研究，从而会导致对结构力场和压力声场的求解准确度低的问题存在。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术的目的在于提供一种结构力场与压力声场耦合的数值计算方法、装置本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种结构力场与压力声场耦合的数值计算方法，其特征在于，所述方法应用于压电换能器，所述方法包括：建立所述压电换能器的三维模型作为压电换能器模型，并获取所述压电换能器模型的基准参数矩阵；基于所述基准参数矩阵构建所述压电换能器模型的力场结构方程和声场声压方程；获取所述压电换能器模型的力场结构参数和声场声压参数；基于所述力场结构参数和所述声场声压参数对所述力场结构方程和所述声场声压方程进行交替求解，直至所述力场结构方程和所述声场声压方程均收敛，分别得到所述压电换能器的位移向量和声场的声压向量。2.根据权利要求1所述的结构力场与压力声场耦合的数值计算方法，其特征在于，其中，所述三维模型包括压电结构层、匹配层、流体层，所述匹配层设置于所述压电结构层与所述流体层之间；所述匹配层用于截断流体层中传播的声波；所述建立压电换能器的三维模型作为压电换能器模型包括：获取所述压电换能器的物理参数，并基于所述物理参数构建所述压电换能器的压电结构层模型和流体层模型；其中，所述物理参数包括：所述压电换能器各层的声阻抗值、杨氏模量以及密度；在所述流体层模型与外部接触一侧，构建一个虚拟域作为所述匹配层。3.根据权利要求2所述的结构力场与压力声场耦合的数值计算方法，其特征在于，所述建立压电换能器模型的过程还包括：约束所述匹配层的模型壁面为固定；约束所述压电结构层模型在边界法线的方向上位移为零，在边界切线方向上自由移动，并定义所述压电换能器的压电材料的机械阻尼参数。4.根据权利要求3所述的结构力场与压力声场耦合的数值计算方法，其特征在于，所述压电换能器的压电材料的机械阻尼参数如下式表示：β＝2ξ
i
/ω
i
其中，β为机械阻尼参数，ω
i
为所述压电换能器模型模态i的固定角频率，ξ
i
为所述压电换能器模型振型i的振动阻尼比，即实际阻尼和临界阻尼的比值。5.根据权利要求1所述的结构力场与压力声场耦合的数值计算方法，其特征在于，所述获取所述三维模型的基准参数矩阵包括：建立所述压电换能器模型的基准矢量坐标系，并确定所述基准矢量坐标系的基准矢量；获取所述压电换能器模型各参数的原始矢量矩阵；用所述基准矢量与各参数的原始矢量矩阵相乘以得到各参数对应的基准参数矩阵。6.根据权利要求1所述的结...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋彦华，谭龙，刘干文，王振杰，
申请(专利权)人：宁波水表集团股份有限公司，
类型：发明
国别省市：