基于有限元法的测井压电换能器仿真及井孔和地层声场模拟

发布时间：2019-09-29 13:31

【摘要】：本文首先从压电效应的实现出发,利用Abaqus实现了压电耦合效应,模拟了一款径向振动式圆柱形压电换能器,得到了其本征频率,并分析了几何尺寸对本征频率具体影响。之后,讨论了该款换能器表面实际振动情况,分析了其表面参量的振动量级。其次,本文探索性的利用Abaqus中的声学接触单元将径向振动式圆柱形压电换能器(固体介质)与水(流体介质)耦合在一起,完成了换能器外层流固耦合,自身压电耦合的双双耦合模式,这是理论方法与有限差分法无法实现的。并分别计算了瞬态电压和不同中心频率电压条件下换能器表面实际激发的声压信号的具体时域波形,分析了不同中心频率(电压值大小相同)电压输入信号作用下,该款换能器表面所激发的实际声压量级。初步得出:以2k Hz到14k Hz中心频率的余弦包络曲线作为电压输入波形且加载电压大小为500V时,该款换能器距其表面1mm处实际激发声压量级介于2?102Pa至4?104Pa间。再次,本文尝试性的利用无限元,初步解决了由于对无限大实际边界进行人工截断所带来的返回波问题。并探索性的利用Abaqus计算了点声源作用下的井孔和地层波场情况,通过与理论解法对比,验证有限元计算的正确性。说明Abaqus在井孔和地层波场计算问题上具有一定的适用性。最后,本文利用有限元,计算了将测井用换能器添加到基本井孔和地层模型中的波场,完整的模拟了实际测井过程。即从换能器加压振动到向流体内辐射声波,继而传入地层并产生反射波,最后在井内接收声波信号的一系列过程。并分别计算了500V瞬态电压和500V中心频率4khz余弦包络曲线波形电压作用下的实际测井过程的波场,并接收到了清晰的地层纵波、地层横波及斯通利波。基本验证了对实际测井过程模拟的正确性。
【图文】：

声学,接口单元,固体界面,法线方向

2-1 声学接口单元的声学-固体界面的法线方向下表所示。表 2-5 为 Abaqus 中可用接口单元单元名称可用ASI2D2 ASI2D3 ASI3D3 ASI3D4 ASI3D6 ASI3D8 ASIAX2 ASIAX3 us/CAE 中直接实现接口单元的定义，所以设置。的形成、发展及本质特点作了简要介绍界处理、流固耦合实现等模块的理论及

压电换能器,复合式,径向,实物

第 3 章径向振动式圆柱状压电换能器的前，，在水声工程、超声检测、石油探测等诸多领域中，夹心式纵的使用最为广泛。夹心式纵向振动压电换能器，因其纵向的机换效率高、功率容量大且结构设计多样、应用方式灵活等诸多作者的喜爱。然而，夹心式纵向振动压电换能器本身也存在一于横向几何尺寸的要求和材料疲劳极限的影响使得换能器的输限制。由于自身一维振动方式，辐射范围较窄，一般需以阵列形几何体积、工艺等都有较大影响。着换能器研究的不断深入，柱状换能器以其辐射域广等诸多优，其中径向振动式圆管形换能器在石油领域应用甚广。管状压产生方式有两种：其一基于材料的泊松效应的纵-径向转换式，。径向复合式压电换能器是由径向极化的压电主体（管状压电陶（管状金属结构）复合而成，如图 3-1 所示。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：P631.83

【参考文献】