Details

Объект исследования в данной работе -  пьезоэлектрический ультразвуковой расходомер газа. Цель работы  — повышение полезного механического отклика датчика посредством выбора рациональных материалов и геометрических параметров конструкции с соблюдением прочностных ограничений. В ходе работы выполнен анализ исходной конструкции, построены геометрическая и конечно-элементная модели, решена связанная электромеханическая задача гармонического анализа, проведена оценка сеточной сходимости. Рассмотрены альтернативные металлические и пьезоэлектрические материалы. Ключевым расчетным критерием принята амплитуда перемещений рабочей контактной поверхности на заданной частоте. Дополнительно контролировались резонансная частота, а также уровни напряжений в металлическом корпусе и пьезоэлементе. На основе численного анализа сформулирована задача параметрической оптимизации. Получена рациональная конфигурация датчика в установленной области проектных параметров, улучшенная по сравнению с исходной, что подтверждено прямым конечно-элементным расчетом.

The subject of the study is a piezoelectric ultrasonic gas flowmeter. The aim of this work is to enhance the useful mechanical response of the transducer by selecting rational materials and geometric design parameters while satisfying strength constraints. The study includes an analysis of the original design, construction of geometric and finite element models, solution of the coupled electromechanical harmonic analysis problem, and a mesh convergence study. Alternative metallic and piezoelectric materials are considered. The primary performance criterion is the displacement amplitude of the active contact surface at the specified frequency. Additionally, the resonant frequency and stress levels in the metal housing and the piezoelectric element are monitored. Based on the numerical analysis, a parametric optimization problem is formulated. A rational improved configuration of the transducer is obtained within the given design parameter space, which is validated by direct finite element simulation.