شبيه سازي المان محدود انتشار امواج فراصوتي طولي در آميزه ي لاستيكي با استفاده از مدل آرودا-بويس

Finite element simulation of propagation of longitudinal ultrasonic waves in a rubber compound using the Arruda - Boyce model

امروزه به منظور جلوگيري از بسياري از آزمايش‌هاي هزينه‌بر، براي دست‌يابي به يك تخمين اوليه از روش‌هاي شبيه‌سازي استفاده مي‌شود. يكي از روش‌هاي معمول كه نرم‌افزارهاي تجاري متعددي هم بر پايه آن بسط يافته است، روش المان محدود است. در پژوهش حاضر تلاش گرديده است تا با استفاده از مدل-سازي لاستيك در يك نرم‌افزار المان محدود نحوه‌ي انتشار امواج فراصوتي طولي در آميزه‌هاي لاستيكي مورد بررسي قرار گيرد. با تعريف لاستيك به عنوان يك ماده‌ي ابركشسان و استفاده از مدل آرودا-بويس، آميزه‌ي لاستيكي به نرم‌افزار المان محدود معرفي گرديد و انتشار امواج فراصوتي طولي از دو منظر كيفي و كمي مورد ارزيابي قرار گرفت. به منظور ارزيابي كمي آميزه‌ي لاستيكي ساخته شد و سرعت انتشار امواج فراصوتي طولي در آن اندازه‌گيري گرديد. مقايسه سرعت انتشار امواج فراصوتي طولي بدست آمده از مدل المان محدود و داده‌هاي تجربي نشان مي‌دهد كه مدل آرودا-بويس از دقت بالايي در تخمين سرعت برخوردار است. شبيه‌سازي المان محدود پيشنهاد شده با توجه به دقت نتايج، روشي بسيار مناسب براي تفسير و ارزيابي مسائل پيچيده مرتبط با انتشار امواج فراصوتي طولي در مواد لاستيكي مي‌باشد.

Nowadays, simulation methods are used to obtain a preliminary estimate, in order to avoid many costing experiments. One of the common ways in which multiple commercial software has been developed based on it, is the finite element method. The present study has been tried by using the modeling of rubber in a finite element software, the patterns of propagation of longitudinal ultrasonic waves in rubber compounds are investigated. By definition of rubber as a hyperelastic material and by using of the Arruda-Boyce model for a rubber compound introduced into the finite element software, and the propagation of longitudinal ultrasonic waves was evaluated from two qualitative and quantitative perspectives. In order to quantitatively evaluate the proposed finite element model, a rubber compound was produced and the propagation velocity of the ultrasonic waves was measured. The comparison of the propagation velocity of longitudinal ultrasonic waves obtained from the finite element model and experimental data shows that the Arruda-Boyce model has a high accuracy in velocity estimation. Simulated proposed finite element is a very suitable method for interpreting and evaluating complex problems associated with the propagation of longitudinal ultrasonic waves in rubber materials, due to the accuracy of the results.