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PZFlex壓電及波傳播仿真

無損檢測與評估—發現隱藏的缺陷
       無損檢測與評估是在不損壞材料也不影響其使用性能的情況下對材料進行評價和檢測。X射線、渦流、磁粉都是常用的無損檢測方法,然而超聲波探傷的應用更普遍更安全,尤其是檢測缺陷裂紋。正如聲納裝置,聲波通過換能器發出,然后接收到反射波,從而形成缺陷的影像。前蘇聯科學家謝爾蓋索科洛夫在1934年就用超聲波進行了探傷,此后脈沖超聲波和先進壓電材料的發明,使超聲探測在無損檢測領域得到了長足發展。
       PZFlex 廣泛用于無損檢測和評估,可模擬換能器以及預測聲波在結構中的傳播。針對Lamb波在平板和管道結構中的傳播,以及與結構內部缺陷的相互作用,已經進行過了大量的研究。Lamb波是一種特殊類型的表面波,僅當結構的厚度在幾個波長的時候才明顯。PZFlex也可以用于幫助無損檢測工程團隊將最早源于生物醫學方面的成像技術應用到無損檢測技術中,比如多元陣列設計以及波束控制。傳統分析方法對這種類型的工業應用顯得力不從心,尤其對復雜結構和先進材料檢測,如碳纖維復合材料和各向異性材料。
聲納—探測障礙
       美國是最先采用聲納進行探測、航海和測繪的國家,最早的應用是第二次世界大戰期間進行水下目標探測,這也是壓電材料的首次重要應用。聲納通過發射和反射的聲波來測量水下目標的距離和精確位置,路易斯.尼克松在1906年發明了類似聲納的裝置用于探測冰山,該裝置是被動接收型的(不能發射信號)。到1918年,英美都建立了用于探測潛艇的主動聲納系統,能夠同時發射和接收信號。
       聲音信號的再現,不僅在潛艇和獵雷方面發揮作用,同時在商業捕魚、潛水以及海底通訊等方面有著重要用途。聲音傳感器和高效聲音再現器的發明使聲納功能變得更加強大。
       PZFlex已經廣泛應用于獵雷、水下目標、水面艦艇和潛艇的聲納陣列設計,建立強大的潛艇艦隊是現今世界大國的頭等大事,聲納是最關鍵的因素之一。通過與商業聲納廠商的緊密合作,PZFlex的開發取得了巨大的成果。軟件特殊的計算模式可以輕松計算大型數值模型,設計人員可以獲得聲納性能的寶貴參數。
航空航天—飛行中的新材料
       現代飛機的機身中應用了大量特殊材料,如碳纖維和蜂窩結構復合材料等,這就需要一種通用的損傷檢測方法。壓電和激光-發生超聲波非常適合無損檢測和損傷評估,正在被航空行業大范圍采用。PZFlex可用于模擬和分析非接觸或空泡的超聲波檢查,能檢測部分固化復合材料(預浸料工藝)中的夾雜物和孔隙,極大的降低了完整部件的廢品率。
       PZFlex是航空航天工業中的各種傳感器和觸發器等壓電陶瓷類傳感器的優秀模擬工具,可用于開發高靈敏度微型應變儀,對機身結構進行持續監控。應變儀的檢測數據是飛行器結構強度及壽命定量和定性的評價,通過檢測,人們可對飛行器壽命有更加完整的認識。該應變儀利用光纖布拉格反射器(fiber optic Bragg reflectors),檢測光纜在發生應力或應變時的頻率調制效應。PZFlex也可以用來檢查激光-發生超聲波在不同介質中的傳播情況以及與夾雜物、缺陷等的相互作用。
鐵路汽車——驅動您的系統
       鐵路一直面臨的一個問題就是鐵軌的失效。從十九世紀二十年代開始,鐵路檢修就是北美鐵路最大的開支。隨著鐵路的運能的增加、速度的提高、載重的提升,鐵路檢修變得越來越重要。鐵軌由非常規則的工字鋼制成,測試的變量非常重要同時也很有難度。PZFlex能夠用來評估鐵軌上的不同缺陷和瑕疵對結構完整性造成的影響。PZFlex的理論模型對培養新的檢測工程師對損傷進行識別和分類,同樣可以發揮作用。
       用PZFlex來模擬壓電系統和提升其性能是一個非常不錯的選擇。PZFlex也開發了其相應的功能,在汽車、航空航天,壓電陶瓷得到了廣泛的應用。壓電陶瓷遍布方方面面,從風音器到爆震傳感器到警報氣囊感應器。例如,壓電陶瓷集成在油氣噴射系統中,新的噴射系統是有一串壓電陶瓷單元組成,當通電的時候壓電陶瓷就膨脹。這就使油能更快更多更好注入,并且霧化的更好。這種系統比著螺線管的要快十倍,每個循環能夠實現五次注油。有效降低了燃燒噪音。
MEMS—建立微型器件世界
        目前,從配置氣囊的加速計到手機濾波器到微電機械系統(MEMS)遍布你的周圍,并且數目不斷增大。它們的尺寸通常是幾個微米甚至更小,用半導體加工工藝進行加工。聲納、驅動器、傳感器設計師越來越受歡迎。目前,工程師們一方面注意到了微電機系統的巨大市場前景,一方面又受到制造設備要求的限制。不像以前工程師那樣在簡陋的實驗室就能造出新的產品,因此,這些工程師與大公司相比就具有諸多劣勢。幸運的是PZFlex的仿真能力已經擴展到微電機系統并支持新設計及的快速虛擬樣機,在PC機上幾個小時就可以完成。
       PZFlex主導了電容式微型超聲換能器(CMUT)有限元模擬市場。CMUT是用在醫學領域的超聲波裝置。CMUTs集成了成百上千個氮化硅“鼓面”,每個尺寸不超過1微米厚100微米長。這些振動的鼓面既能夠發射聲波又能夠接收聲波進行成像和醫療。用可選附件可以模擬靜電力、幾何非線性、材料非線性和材料接觸/沖擊力,PZFlex能夠快速分析新設計的CMUT。同時也能夠保證PZFlex的計算速度、分析精度等優勢。
醫療超聲—提高聚焦度
       聲波用來進行水下航行,同樣也可以用于人體內部組織。探針有一個或多個聲換能器,發射聲音脈沖到組織然后測量遇到界面返回的回音。通過轉同探針或利用特殊的設備生成2D或3D圖像。超聲波非常適合研究肌肉和軟組織,與X光,DEXA,MRI相比,沒有長期副作用,也不會使病人不舒服。超聲最早在1917年日本開始研究, 由于戰爭,Heiichi Nikiyama和其他先驅直到1950s才被人們知曉。日本最終公布了用多普勒超聲波檢測體內包塊的研究成果。隨后美國,瑞典和蘇格蘭等國家的研究者在1950s末促進了它的應用。那時候只能產生靜止畫面,現在能夠產生動畫。
       PZFlex 在這個進程中起了重要作用。這款軟件在生物醫學成像行業取得了廣泛的認可。很多大跨國公司像Philips, GE, Siemens, Hitachi等公司都在用該軟件。軟件對超聲波探針的設計和實驗研究已經進行了多年的支持,贏得了設計者的信賴,這主要歸功于軟件精確的理論預測。PZFlex促進了新的成像排列及其優化設計,降低了試驗成本。
石油能源—資源探測
       壓電材料廣泛的應用于石油和天然氣工業中。從低頻地震探測到超聲探測到壓力傳感,PZFlex能夠幫助工具開發、位置換能器以及數據分析。例如,井下工具,就是插進井下探測其腐蝕性和損壞程度,然后協助進行補救工作,防止坍塌。井下工具也可用來評估井下混凝土的質量、測量其多孔性、測量巖石的機械性能和檢測裂紋等。
       PZFlex也用來輔助設計探測礦藏的超聲換能器。首先放置空氣槍,其發射的聲波遇到海底巖層返回地面,然后用一些列的高靈敏度聲音接收器接收信號。
       PZFlex 支持碎鉆探測工具的設計和運行。通過地面空氣槍發射的聲波和傳感器接收到的信息能夠準確的測量出鉆頭深度隨著時間的變化。