A semi-analytical approach to design of a transducer for selective wave generation

Gawronski Mateusz; Miszczynski Mateusz; Kijanka Piotr; Stepinski Tadeusz; Uhl Tadeusz; Lis Jerzy; Packo Pawel

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A semi-analytical approach to design of a transducer for selective wave generation

机译：用于选择波产生的换能器设计的半分析方法

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Piezoelectric transducers are extensively employed for elastic waves-based structural health monitoring and non-destructive testing systems. In those systems, multimodal, dispersive guided waves are generated and acquired through transducers attached to, or embedded into, a structure. Although, guided waves are potentially attractive due to multiple features that can be possibly used for damage detection, there exists significant complexity associated with data analysis. Proper transducer design and/or selection can substantially facilitate damage detection, evaluation and localization through selective wave generation and/or acquisition. This article discusses a topology optimization technique as a prerequisite for transducers design. A semi-analytical approach for wavefield prediction is presented. The method consists in combining analytically calculated spectral characteristics - that is, dispersion and excitability curves - of a medium, and a numerical representation of a transducer, for prediction of the resulting displacement field generated upon application of a time- and space-varying stress field. Furthermore, the model is employed in an optimization strategy, where transducer's topology is arranged to achieve selective excitation of a guided wave mode.

机译：压电换能器广泛用于基于弹性波的结构健康监测和无损检测系统。在那些系统中，通过连接到或嵌入到结构中的换能器生成和获取多峰色散导波。尽管由于可用于损坏检测的多个特征，导波具有潜在的吸引力，但与数据分析相关的复杂性仍然很高。正确的换能器设计和/或选择可以通过选择生成和/或获取波来实质上促进损伤检测，评估和定位。本文讨论了拓扑优化技术，将其作为换能器设计的先决条件。提出了一种用于波场预测的半解析方法。该方法包括组合分析计算得出的介质的光谱特性（即分散和兴奋性曲线）以及换能器的数值表示，以预测在施加时空应力场时产生的位移场。。此外，在优化策略中采用了该模型，在该优化策略中，布置了换能器的拓扑以实现对导波模式的选择性激励。

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来源
《Structural health monitoring》 |2017年第5期|583-593|共11页
作者
Gawronski Mateusz; Miszczynski Mateusz; Kijanka Piotr; Stepinski Tadeusz; Uhl Tadeusz; Lis Jerzy; Packo Pawel;
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作者单位

AGH Univ Sci & Technol, Dept Robot & Mechatron, Al Mickiewicza 30, PL-30059 Krakow, Poland;

AGH Univ Sci & Technol, Dept Robot & Mechatron, Al Mickiewicza 30, PL-30059 Krakow, Poland;

AGH Univ Sci & Technol, Dept Robot & Mechatron, Al Mickiewicza 30, PL-30059 Krakow, Poland;

AGH Univ Sci & Technol, Dept Robot & Mechatron, Al Mickiewicza 30, PL-30059 Krakow, Poland;

AGH Univ Sci & Technol, Dept Robot & Mechatron, Al Mickiewicza 30, PL-30059 Krakow, Poland;

AGH Univ Sci & Technol, Dept Mat Sci & Ceram, Krakow, Poland;

AGH Univ Sci & Technol, Dept Robot & Mechatron, Al Mickiewicza 30, PL-30059 Krakow, Poland;

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正文语种 eng
中图分类
关键词
Wave propagation; piezoelectric transducers; selective wave generation; guided waves;

机译：波传播;压电换能器;选择性波产生;导波;

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