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PZFlex压电及波传播仿真

无损检测与评估—发现隐藏的缺陷
       无损检测与评估是在不损坏材料也不影响其使用性能的情况下对材料进行评价和检测。X射线、涡流、磁粉都是常用的无损检测方法,然而超声波探伤的应用更普遍更安全,尤其是检测缺陷裂纹。正如声纳装置,声波通过换能器发出,然后接收到反射波,从而形成缺陷的影像。前苏联科学家谢尔盖索科洛夫在1934年就用超声波进行了探伤,此后脉冲超声波和先进压电材料的发明,使超声探测在无损检测领域得到了长足发展。
       PZFlex 广泛用于无损检测和评估,可模拟换能器以及预测声波在结构中的传播。针对Lamb波在平板和管道结构中的传播,以及与结构内部缺陷的相互作用,已经进行过了大量的研究。Lamb波是一种特殊类型的表面波,仅当结构的厚度在几个波长的时候才明显。PZFlex也可以用于帮助无损检测工程团队将最早源于生物医学方面的成像技术应用到无损检测技术中,比如多元阵列设计以及波束控制。传统分析方法对这种类型的工业应用显得力不从心,尤其对复杂结构和先进材料检测,如碳纤维复合材料和各向异性材料。
声纳—探测障碍
       美国是最先采用声纳进行探测、航海和测绘的国家,最早的应用是第二次世界大战期间进行水下目标探测,这也是压电材料的首次重要应用。声纳通过发射和反射的声波来测量水下目标的距离和精确位置,路易斯.尼克松在1906年发明了类似声纳的装置用于探测冰山,该装置是被动接收型的(不能发射信号)。到1918年,英美都建立了用于探测潜艇的主动声纳系统,能够同时发射和接收信号。
       声音信号的再现,不仅在潜艇和猎雷方面发挥作用,同时在商业捕鱼、潜水以及海底通讯等方面有着重要用途。声音传感器和高效声音再现器的发明使声纳功能变得更加强大。
       PZFlex已经广泛应用于猎雷、水下目标、水面舰艇和潜艇的声纳阵列设计,建立强大的潜艇舰队是现今世界大国的头等大事,声纳是最关键的因素之一。通过与商业声纳厂商的紧密合作,PZFlex的开发取得了巨大的成果。软件特殊的计算模式可以轻松计算大型数值模型,设计人员可以获得声纳性能的宝贵参数。
航空航天—飞行中的新材料
       现代飞机的机身中应用了大量特殊材料,如碳纤维和蜂窝结构复合材料等,这就需要一种通用的损伤检测方法。压电和激光-发生超声波非常适合无损检测和损伤评估,正在被航空行业大范围采用。PZFlex可用于模拟和分析非接触或空泡的超声波检查,能检测部分固化复合材料(预浸料工艺)中的夹杂物和孔隙,极大的降低了完整部件的废品率。
       PZFlex是航空航天工业中的各种传感器和触发器等压电陶瓷类传感器的优秀模拟工具,可用于开发高灵敏度微型应变仪,对机身结构进行持续监控。应变仪的检测数据是飞行器结构强度及寿命定量和定性的评价,通过检测,人们可对飞行器寿命有更加完整的认识。该应变仪利用光纤布拉格反射器(fiber optic Bragg reflectors),检测光缆在发生应力或应变时的频率调制效应。PZFlex也可以用来检查激光-发生超声波在不同介质中的传播情况以及与夹杂物、缺陷等的相互作用。
铁路汽车——驱动您的系统
       铁路一直面临的一个问题就是铁轨的失效。从十九世纪二十年代开始,铁路检修就是北美铁路最大的开支。随着铁路的运能的增加、速度的提高、载重的提升,铁路检修变得越来越重要。铁轨由非常规则的工字钢制成,测试的变量非常重要同时也很有难度。PZFlex能够用来评估铁轨上的不同缺陷和瑕疵对结构完整性造成的影响。PZFlex的理论模型对培养新的检测工程师对损伤进行识别和分类,同样可以发挥作用。
       用PZFlex来模拟压电系统和提升其性能是一个非常不错的选择。PZFlex也开发了其相应的功能,在汽车、航空航天,压电陶瓷得到了广泛的应用。压电陶瓷遍布方方面面,从风音器到爆震传感器到警报气囊感应器。例如,压电陶瓷集成在油气喷射系统中,新的喷射系统是有一串压电陶瓷单元组成,当通电的时候压电陶瓷就膨胀。这就使油能更快更多更好注入,并且雾化的更好。这种系统比着螺线管的要快十倍,每个循环能够实现五次注油。有效降低了燃烧噪音。
MEMS—建立微型器件世界
        目前,从配置气囊的加速计到手机滤波器到微电机械系统(MEMS)遍布你的周围,并且数目不断增大。它们的尺寸通常是几个微米甚至更小,用半导体加工工艺进行加工。声纳、驱动器、传感器设计师越来越受欢迎。目前,工程师们一方面注意到了微电机系统的巨大市场前景,一方面又受到制造设备要求的限制。不像以前工程师那样在简陋的实验室就能造出新的产品,因此,这些工程师与大公司相比就具有诸多劣势。幸运的是PZFlex的仿真能力已经扩展到微电机系统并支持新设计及的快速虚拟样机,在PC机上几个小时就可以完成。
       PZFlex主导了电容式微型超声换能器(CMUT)有限元模拟市场。CMUT是用在医学领域的超声波装置。CMUTs集成了成百上千个氮化硅“鼓面”,每个尺寸不超过1微米厚100微米长。这些振动的鼓面既能够发射声波又能够接收声波进行成像和医疗。用可选附件可以模拟静电力、几何非线性、材料非线性和材料接触/冲击力,PZFlex能够快速分析新设计的CMUT。同时也能够保证PZFlex的计算速度、分析精度等优势。
医疗超声—提高聚焦度
       声波用来进行水下航行,同样也可以用于人体内部组织。探针有一个或多个声换能器,发射声音脉冲到组织然后测量遇到界面返回的回音。通过转同探针或利用特殊的设备生成2D或3D图像。超声波非常适合研究肌肉和软组织,与X光,DEXA,MRI相比,没有长期副作用,也不会使病人不舒服。超声最早在1917年日本开始研究, 由于战争,Heiichi Nikiyama和其他先驱直到1950s才被人们知晓。日本最终公布了用多普勒超声波检测体内包块的研究成果。随后美国,瑞典和苏格兰等国家的研究者在1950s末促进了它的应用。那时候只能产生静止画面,现在能够产生动画。
       PZFlex 在这个进程中起了重要作用。这款软件在生物医学成像行业取得了广泛的认可。很多大跨国公司像Philips, GE, Siemens, Hitachi等公司都在用该软件。软件对超声波探针的设计和实验研究已经进行了多年的支持,赢得了设计者的信赖,这主要归功于软件精确的理论预测。PZFlex促进了新的成像排列及其优化设计,降低了试验成本。
石油能源—资源探测
       压电材料广泛的应用于石油和天然气工业中。从低频地震探测到超声探测到压力传感,PZFlex能够帮助工具开发、位置换能器以及数据分析。例如,井下工具,就是插进井下探测其腐蚀性和损坏程度,然后协助进行补救工作,防止坍塌。井下工具也可用来评估井下混凝土的质量、测量其多孔性、测量岩石的机械性能和检测裂纹等。
       PZFlex也用来辅助设计探测矿藏的超声换能器。首先放置空气枪,其发射的声波遇到海底岩层返回地面,然后用一些列的高灵敏度声音接收器接收信号。
       PZFlex 支持碎钻探测工具的设计和运行。通过地面空气枪发射的声波和传感器接收到的信息能够准确的测量出钻头深度随着时间的变化。