ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПЬЕЗОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДАТЧИКА ДАВЛЕНИЯ 

Бастрыгин Кирилл Игоревич, начальник лаборатории, Научно-исследовательский институт физических измерений (Россия, г. Пенза, ул. Володарского, 8/10), nik2@niifi.ru
Трофимов Алексей Анатольевич, доктор технических наук, профессор, кафедра информационно-измерительной техники и метрологии, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), iit@pnzgu.ru
Баранов Александр Сергеевич, инженер-конструктор, Научно-исследовательский институт физических измерений (Россия, г. Пенза, ул. Володарского, 8/10), Kamitte11@gmail.com
Громова Анна Андреевна, инженер-регулировщик, Научно-исследовательский институт физических измерений (Россия, г. Пенза, ул. Володарского, 8/10), sensor@niifi.ru
Ефимов Павел Николаевич, начальник лаборатории, Научно-исследовательский институт физических измерений (Россия, г. Пенза, ул. Володарского, 8/10), sensor@niifi.ru

681.586.773

Актуальность и цели. Имитационное моделирование является мощным инструментом исследования поведения реальных систем. Методы имитационного моделирования позволяют собрать необходимую информацию о поведении системы путем имитационного эксперимента. Целью имитационного моделирования является определение влияния воздействия внешних факторов на работоспособность пьезоэлектрического датчика давления, предназначенного для преобразования в электрический сигнал быстропеременных давлений в жидких и газообразных средах («оксид» или «нафтил»).
Материалы и методы. В качестве метода исследования использовалось имитационное моделирование, при котором изучаемый объект (датчик) заменяется его моделью, с которой проводятся эксперименты с целью получения информации об этом объекте. В эксперименте применялось специализированное программное обеспечение Ansys и Solidworks, позволяющее избежать дорогостоящих и длительных циклов «проектирование – изготовление – испытания». 
Результаты. В результате моделирования влияния внешних факторов на работоспособность датчика определены: коэффициент запаса прочности по пластической деформации при воздействии статических давлений и давления с перегрузко для корпуса чувствительного элемента; коэффициент запаса прочности по разрушению при воздействии статических давлений и давления с перегрузкой; время полного выравнивания температурных полей; коэффициент запаса прочности по разрушению при воздействии синусоидальной вибрации; напряжения, возникающие при воздействии механических ударов в каждом направлении.
Выводы. Заложенные конструктивные решения датчика быстропеременных давлений подтверждают стойкость датчика к таким дестабилизирующим факторам, как резкий перепад температур, перепады давлений, высокие уровни вибрационных и ударных нагрузок.

Ключевые слова

имитационное моделирование, пьезоэлектрический датчик, давление, внешние воздействующие факторы, стойкость, температура, вибрация, чувствительный элемент

 Скачать статью в формате PDF

1. Алямовский, А. А. Инженерные расчеты в SolidWorks Simulation / А. А. Алямовский. М. : ДМК Пресс, 2010.  464 с.
2. Бастрыгин, К. И. Высокотемпературный пьезоэлектрический датчик давления /К. И. Бастрыгин // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. – 2016. – № 1 (15). –С. 76.
3. ГОСТ 113371. Сталь кованая круглая и квадратная. ‒ М. : Изд-во стандартов, 1971.
4. Керамические материалы / под ред. Г. Н. Масленниковой.  М. : Стройиздат, 1991.
5. Богуш, М. В. Проектирование пьезоэлектрических датчиков на основе пространственных электротермоупругих моделей / М. В. Богуш.  М. : Техносфера, 2014. ‒ 312 с.
6. Фролов, К. В. Динамика и прочность машин / К. В. Фролов. ‒ М. : Машиностроение, 1995. – Т. 1-3, кн.2.
7. Бастрыгин, К. И. К вопросу коррекции температурной погрешности в пьезоэлектрических датчиках давления / К. И. Бастрыгин, В. В. Кикот // Измерения. Мониторинг. Управление. Контроль.  2014.  № 2. – С. 2530.
8. Конюхов, А. В. Основы анализа конструкций в Ansys / А. В. Конюхов.  Казань : Казан. гос. ун-т, 2001.  102 с.