Моделирование резонатора пьезогироскопа в системе АРМ Win. Machine. Александр Виноградов, Егор Матвеев. Описание резонатора балочного типа.

Азат Бахитов. APM Structure3D - модуль расчета напряженно-деформированного состояния, устойчивости, собственных и вынужденных колебаний деталей и .

Построение и анализ упрощенной модели резонатора. Построение и анализ уточненной модели резонатора. Статический расчет с использованием температурной аналогии.

Вывод. Государственное научное учреждение «НИИ ПМТ» проводит работы по фундаментальным и прикладным исследованиям в области создания и модифицирования перспективных материалов, разработки контрольно- диагностических методов, приборов и технологий, а также в области информационных технологий. В сфере исследований института — миниатюрные устройства электронной микроскопии, вакуумной техники, миниатюрные сенсоры и датчики различного назначения, в том числе малогабаритные вибрационные гироскопы. В последние годы различными фирмами предложен большой ассортимент конструкций подобного рода датчиков. Как Разобрать Утюг Тефаль 3810. Принцип их действия, как и классических роторных гироскопов, основан на возникновении кориолисовых сил инерции при вращении в инерциальном пространстве устройства с вибрирующими массами.

Сфера применения датчиков довольно широкая — от автономной навигации до стабилизации движения и платформ. В пьезогироскопах для возбуждения колебаний вибратора и получения сигнала о вращении используются соответственно обратный и прямой пьезоэффекты. Пьезоэлектрические датчики относятся к электронно- механическим устройствам резонансного типа. Важными параметрами, определяющими качество их работы, являются собственные частоты, амплитуды колебаний, добротность при малых габаритах и низкой стоимости производства. Выбор современных программных средств для моделирования и расчета конструкций электронной техники является довольно сложной задачей в силу специфики самих объектов.

Тов и подвеса в модуле APM Structure3D для конструкции ПЛТ.

Мы используем систему APM Win. Machine, разрабатываемую научно- техническим центром АПМ (г. Королев, Московская обл.). Наш институт применяет программные продукты, выпущенные этой компанией, для расчета различных конструкций в учебных и научных целях уже более трех лет. Данная статья посвящена исследованию резонаторов вибрационных пьезогироскопов методом конечных элементов. Приведен анализ модели резонатора балочного типа.

Арм Structure3d Скачать Бесплатно

1. Современный взгляд на проблему проектирования с использованием программного обеспечения НТЦ АПМ. Модуль АРМ Structure3D. Заключение.
2. Регистрация: 06.10.2008. Сообщений: 101.
3. АРМ WinMachine содержит современные, эффективные и надежные алгоритмы и. АРМ Structure3D - модуль расчета и проектирования произвольных .
4. Использование модуля АРМ Structure3D для расчета напряжено-деформированного состояния кузова-контейнера позволило специалистам ФГУП 21 .

Задача исследований состоит в выборе из бесконечного спектра собственных форм и соответствующих собственных частот резонатора тех форм колебаний и частот, которые отвечают рабочему режиму гироскопа. В статическом режиме определяются перемещения и механические напряжения в элементах конструкции при заданных электрических напряжениях на пьезоэлементах.

В системе APM Win. Machine версии 9. Однако с появлением возможности решать тепловые задачи для учета деформаций пьезоэлементов была использована температурная аналогия. Основанием для такого подхода служит идентичность аддитивных членов в обобщенном законе Гука для свободной температурной деформации . Таким образом, решение пьезоэлектрических задач в модуле АРМ Structure. D было сведено к решению температурных задач. Описание резонатора балочного типа Чувствительным элементом датчика является резонатор, состоящий из вибратора, закрепленного в корпусе посредством подвески.

Вибратор выполнен в виде балки из плавленого кварца квадратного поперечного сечения, на верхних гранях которой расположены пьезоэлементы возбуждения, а на нижних — пьезоэлементы отклика. Пьезоэлементы представляют собой тонкие пластины из пьезокерамики. Макет резонатора балочного типа показан на рис. Экспериментальный макет резонатора балочного типа.

Приложенное к верхним пьезоэлектрическим пластинам переменное электрическое напряжение вызывает в соответствии с обратным пьезоэффектом их циклические деформации растяжения- сжатия. В результате возникают изгибные колебания балки в вертикальной плоскости (в плоскости возбуждения), а в нижних пьезоэлементах — переменные механические напряжения, которые в соответствии с прямым пьезоэффектом индуцируют одинаковые по модулю электрические заряды. При повороте прибора вокруг продольной оси балки (оси чувствительности гироскопа) возникают инерционные силы Кориолиса, пропорциональные угловой скорости поворота и порождающие вторичные колебания балки в горизонтальной плоскости (плоскости отклика). В результате суперпозиции двух колебаний на пьезоэлементах отклика величины зарядов различаются, а возникающая разность потенциалов служит мерой измеряемой угловой скорости. При резонансе выходные сигналы возрастают примерно в Q раз по сравнению с квазистатическим режимом (Q — добротность резонатора).

При совпадении собственных частот колебаний в плоскости возбуждения и в плоскости отклика выходной сигнал возрастает в Q 2 раз. Последним обстоятельством объясняется необходимость исследования собственных частот. Построение и анализ упрощенной модели резонатора Стоит отметить, что в версии 9. НТЦ АПМ добавили новую возможность — проведение некоторых видов расчетов непосредственно в 3. D- редакторе — модуле АРМ Studio. Правда, возможность задания материалов реализована пока только для поверхностных моделей, но в перспективе, надеемся, это будет сделано и для объемных конечных элементов (солид- элементов).

Конечно- элементная упрощенная модель резонатора, полученная в 3. D- редакторе APM Studio. На рис. 2 показана упрощенная конечно- элементная модель резонатора, созданная в редакторе APM Studio. Материал всех элементов модели — сталь (взята из базы данных материалов). Размеры балки — 3. Воронкообразными стрелками желтого цвета показано задание электрического напряжения условной температуры на пьезоэлементы, а зелеными стрелками — заданное закрепление элементов такой балки. Собственные формы колебаний упрощенной модели, полученные в результате расчета собственных частот в модуле APM Studio: а — 1- я собственная форма модели резонатора.

На рис. 3 показаны наиболее интересные 1, 3, 5 и 8- я собственные формы соответственно. При 1- й и 3- й формах колебаний деформируются только элементы подвески, а балка резонатора смещается, как жесткое тело: в первом случае поступательно, а во втором — вращается подобно качелям. Рабочим частотам отвечают: 5- я форма — возбуждение на частоте 1. Гц и 8- я форма — отклик на частоте 1.

Гц. 6 показаны неподвижные зоны в районе узловых точек, через которые должны проходить оси стержней подвески. Следует заметить, что для свободной балки с указанными свойствами теоретическое значение основной частоты изгиба по первой форме с двумя узлами составляет 1. Гц независимо от плоскости изгиба (в силу симметрии поперечного сечения). Отличие полученных собственных частот от теоретического значения определяется влиянием масс и упругости стержней подвески. Отсюда видна необходимость максимально точного определения собственных частот для оптимизации конструкции, а также настройки автогенератора на частоту, вызывающую резонансные изгибные колебания вибратора в первичной плоскости.

Построение и анализ уточненной модели резонатора Метод конечных элементов позволяет создать виртуальную модель, наиболее полно отражающую все особенности реальной конструкции. При этом можно, руководствуясь теоретическими положениями, модифицировать конструкцию до достижения равенства собственных частот. Модуль прочностного расчета APM Structure. D позволяет получить больше информации о собственных частотах конструкции, поэтому для уточненного анализа использовался именно он.

Уточненная модель резонатора, выполненная в модуле APM Structure. D. из восьмиузловых объемных элементов. На рис. 4 приведена уточненная модель резонатора, построенная в модуле прочностного расчета APM Structure.