COMSOL Multiphysics для моделювання ультразвукових хвиль: можливості, застосування та приклади

Abstract

Досліджено застосування програмного пакету COMSOL Multiphysics для моделювання ультразвукового контролю, що є важливим методом неруйнівного контролю в багатьох галузях промисловості. Розглянуто можливості COMSOL Multiphysics у порівнянні з іншими поширеними програмами для моделювання ультразвукового контролю, такими як Ansys, MATLAB, Abaqus та PZFlex. Проаналізовано переваги COMSOL Multiphysics, зокрема його здатність моделювати мультифізичні процеси, зручний графічний інтерфейс та широкі можливості інтеграції з іншими програмними інструментами. Зосереджено увагу на тому, як COMSOL Multiphysics дозволяє враховувати взаємодію різних фізичних явищ, що є критично важливим для точного моделювання ультразвукового контролю, де необхідно аналізувати складну взаємодію ультразвукових хвиль з досліджуваним матеріалом та наявними в ньому дефектами. COMSOL Multiphysics надає широкий спектр інструментів та модулів, що дозволяють моделювати різні аспекти ультразвукового контролю. У статті детально описано модулі та інструменти COMSOL Multiphysics, які використовуються для моделювання акустичних хвиль, включаючи Acoustics Module, Structural Mechanics Module та Multiphysics Coupling. Розглянуто можливість моделювання різних типів ультразвукових хвиль за допомогою COMSOL, включаючи поздовжні, поперечні та поверхневі хвилі. Представлено результати моделювання ультразвукового контролю з використанням COMSOL Multiphysics. Візуалізовано процеси поширення хвиль, розподіл тиску, розподіл електричного потенціалу в датчику та розподіл механічних напружень у досліджуваному зразку. The use of the COMSOL Multiphysics software package for modeling ultrasonic inspection, which is an important method of non-destructive testing in many industries, is investigated. The capabilities of COMSOL Multiphysics in comparison with other common ultrasonic inspection simulation programs, such as Ansys, MATLAB, Abaqus, and PZFlex are considered. The advantages of COMSOL Multiphysics are analyzed, in particular, its ability to model multiphysics processes, user-friendly graphical interface, and extensive integration with other software tools. Attention is paid to how COMSOL Multiphysics allows to take into account the interaction of various physical phenomena, which is critical for accurate modeling of ultrasonic inspection, where it is necessary to analyze the complex interaction of ultrasonic waves with the material under study and the defects present in it. COMSOL Multiphysics provides a wide range of tools and modules that allow you to model various aspects of ultrasonic inspection. This article describes in detail the COMSOL Multiphysics modules and tools used for acoustic wave modeling, including the Acoustics Module, Structural Mechanics Module, and Multiphysics Coupling, are described in detail. The possibility of modeling various types of ultrasonic waves using COMSOL, including longitudinal, transverse, and surface waves, is considered. The results of modeling ultrasonic control using COMSOL Multiphysics are presented. The processes of wave propagation, pressure distribution, distribution of electric potential in the transducer, and distribution of mechanical stresses in the test sample are visualized.