Исходные данные для моделирования

Цель курсового проектирования

Основной целью курсового проектирования является ознакомление со стадиями составления технического проекта на приборы геоконтроля, овладение навыками проведения научно-исследовательской работы (НИР) для обоснования технических характеристик и практическое освоение составления технического задания на конструирование прибора геоконтроля.

Состав курсового проекта

Курсовой проект состоит из трех частей.

Часть 1. Общая информация и исходные данные для проектирования.

Часть 2. Проведение НИР и обоснование технических характеристик разрабатываемого устройства.

Часть 3. Составление технического задания (ТЗ) на конструирование прибора геоконтроля.

Предварительное задание

Создайте в Word файл курсового проекта с титульным листом. Далее переносите в него всю необходимую информацию и результаты расчетов.

Порядок выполнения курсового проекта

Общая информация и исходные данные для проектирования

Общая информация

Ультразвуковое прозвучивание образцов горных пород применяется для определения скоростей и затухания упругих волн. Система для таких исследований содержит излучатель и приемник упругих волн, в основе конструкции которых используются пьезопластины в виде тонких дисков с нанесенными на их торцы с помощью напыления контактными поверхностями из серебра или меди, на которые подается либо с которых снимается электрический сигнал. В зависимости от внутренней поляризации таких пьезопластин при подаче на контактные поверхности электрического сигнала они испытывают продольные либо сдвиговые деформации. Принцип действия системы заключается в размещении на противоположных поверхностях образца двух пьезопластин, одна из которых подключается к генератору, а другая – к усилителю регистратора, осуществляющего измерение временных задержек и амплитуд сигналов, прошедших через образец. Схема такой установки показана на рис. 3.1.

На этой схеме для большей наглядности показаны два провода, идущих от генератора импульсов к контактным площадкам излучателя, и два провода, идущих от контактных площадок приемной пьезопластины к усилителю, выход которого подключается к аналого-цифровому преобразователю, соединенному в свою очередь с блоком обработки. Сигнал от генератора импульсов также подается на аналого-цифровой преобразователь и блок обработки для запуска системы на регистрацию сигнала.

Ground

Ground

Рис. 3.1. Схема лабораторной системы для ультразвуковых исследований горных пород на образцах, включающая образец (1), пьезопластину излучателя (2), пьезопластину приемника (3), генератор импульсов (4), усилитель (5), многоканальный АЦП (6), блок обработки сигнала (7), компьютер (8)

Один из выводов излучающей пьезопластины подключается к общему проводу электронной схемы, обозначаемому при моделировании как Ground, а на другой подается импульсной напряжение. У приемной пьезопластины один из выводов также подключается к общему проводу электронной схемы, а с другой пластины снимается напряжение, подаваемое на усилитель.

Для последующего составления технического задания в результате компьютерного моделирования требуется определить форму сигнала на выходе приемной пластины, а по ней – чувствительность по входу усилителя (минимальное значение сигнала, превышающее электронный шум аппаратуры), полосу частот, которую должен иметь усилитель чтобы усилить этот сигнал, а также ряд других параметров, перечисленных ниже.

Исходные данные для моделирования

Искомые технические параметры, задаваемые в техническом задании, будут получены путем компьютерного моделирования методом конечных элементов на основании исходных данных, задаваемых по вариантам. Пример исходных данных для моделирования приведен в табл. 3.1.

Перенесите в файл курсового проекта таблицу с вашими индивидуальными данными.

Табл. 3.1. Пример исходных данных для курсового проекта

№ вар.	Длина образцов, мм	Модуль упругости, ГПа	К-т Пуассона	Плотность , кг/м3	Добротность Q	Ч-та изм. f, кГц
	Мин.	Макс.	Мин.	Макс.	Мин.	Макс.	Мин.	Макс.	Мин.	Макс.
					0,08	0,16

Предварительный расчет

По заданной добротности и частоте ее измерения определите минимальное и максимальное значение параметра рэлеевской модели затухания. Коэффициент потерь

,

где – коэффициент потерь; Q – добротность.

С другой стороны

,

где – коэффициент потерь; , – коэффициенты рэлеевской модели затухания.

Для горных пород на основании экспериментов принято, что затухание в ультразвуковом диапазоне частот прямо пропорционально частоте, поэтому , откуда

(3.1)

Добротность Q измеряется экспериментально методом резонансной акустической спектроскопии. По величине добротности и частоте спектрального максимума по этой формуле рассчитайте минимальное и максимальное значения коэффициента , которое закладывается в модельный расчет.

Рассчитайте по формуле (3.1) минимальное и максимальное значения частотного коэффициента затухания по добротности и частоте ее измерения, приведенные в техническом задании. Они будут далее использованы при моделировании.