周期性扇形孔结构对斜槽型纵扭复合模态超声振动系统性能的影响*

为了解决基于斜槽结构的模式转换型纵扭复合模态超声振动系统存在的扭转分量较小、纵、扭转化效率较低的问题,论文对基于周期性扇形孔和斜槽结构的模式转换型纵扭复合模态超声振动系统进行了研究,主要仿真分析了扇形孔结构参数对基于斜槽结构的模式转换型纵扭复合模态超声振动系统谐振频率、扭转振幅、旋转角度和剪切应力的影响规律,并找到使系统获得最佳纵扭转换效率的扇形孔结构参数,且求解出扇形孔结构的引入对系统性能的改善幅度。     

超声振动系统的纵-弯和扭-弯复合振动

对超声变幅杆以及变幅杆与夹心换能器组成的振动系统的纵－弯和扭－弯复合振动进行了研究．变幅杆是任意变截面杆,弯曲振动分析是基于Ｔｉｍｏｓｈｅｎｋｏ理论．理论结果进行了实验验证．     

模式转换型超声塑焊振动系统的设计

基于弯曲振动理论和耦合振动理论,设计了一种新型大尺寸筒形超声塑焊振动系统。该振动系统由纵向振动换能器及变幅杆、弯曲振动金属圆盘和耦合振动圆筒四部分组成。换能器和变幅杆的纵向振动驱动圆盘的二次弯曲模式振动,圆盘的二次弯曲模式振动激励圆筒的纵向模式振动,实现了工具头在较高频率下谐振。实验结果表明,振动系统的测试频率与计算频率比较符合,在大信号下测试的纵-弯-纵振动模式转换效果很好。研究结果为高频大尺寸超声焊接系统的设计提供了思路。      

纵-扭复合振动模式指数型复合超声变幅杆的研究

本文对指数型纵－扭复合振动模式的复合超声变幅杆进行了理论及实验研究，该变幅杆由均匀截面直棒及指数型截面杆组成。文中推出了变幅杆中纵向振动及扭转振动的共振频率方程，通过发迹指数型变截面棒的截面变化规律，实现了同一变幅杆中纵向振动与扭转振动的同频共振。     

带有锥形孔的复合变幅杆设计及动态分析

在超声振动拉丝加工过程中,为了实现线材的顺利拉拔,需要应用带有锥形孔的复合变幅杆。为此,本文基于等效四端网络与传输矩阵法,建立了带锥形孔圆锥变幅杆的传输矩阵,推导出带锥形孔圆锥过渡复合变幅杆的频率方程的一般公式。根据推导出的频率方程,应用区间搜索法和牛顿迭代法获取了准确的数值解,实现了该复合变幅杆的纵向振动。之后,应用有限元软件Ansys对设计出的复合变幅杆分别进行模态分析和动力学特性分析,获得了各段不同长度下复合变幅杆谐振频率、放大系数以及最大应力值的变化规律。最后,对制造出的复合变幅杆进行阻抗与振动性能测试,结果表明其频率准确,且振幅比较稳定。     

斜槽式单激励纵扭超声变幅杆设计*

为实现在纵向单激励超声振动输入条件下获得纵扭谐振输出,提出一种基于声波传播理论为基础设计阶梯型变幅杆,并在其小端增加沿中心轴均布6斜槽的圆环传振杆的方案：首先数值计算进行理论设计,然后使用有限元进行分析修正,最后确定变幅杆尺寸。结果表明：理论设计谐振频率20kHz,仿真分析在19457Hz时变幅杆能够实现纵扭谐振;根据仿真结果制作变幅杆,阻抗测试结果谐振频率为19884Hz,与理论值、仿真值误差较小;在输入端加载幅值为5μm的纵向单激励超声振动,测试输出端截面圆周上任意一点,其切向和纵向振幅分别为12.7μm和8.5μm,表明变幅杆实现了纵扭谐振且振幅增强。     

微织构超声振动铣削系统的研究

为了在金属切削过程中在7075铝合金表面形成稳定的微织构以提高其服役性能，提出一种微织构超声铣削加工工艺。为此，该文 首先基于运动合成原理获得了刀尖的运动轨迹特征和工件表面的织构形貌特征。然后，基于等效电路原理和传输矩阵法建立了超声铣削系统的频率方程，并应用牛顿迭代法获得了准确的数值解，通过ANSYS软件对建立的超声振动系统分别进行模态分析和谐响应分析，获得了具有微织构特征的纵扭复合超声铣削系统。最后，对加工制造出的微织构纵扭复合超声铣削系统进行振动测试、切削力测试和加工测试，结果表明：工件表面形成的“鱼鳞网纹”微观织构能够改变其润湿性能。     

采用阶梯形弹性基底的磁致伸缩/压电复合结构磁电响应研究

利用阶梯形变幅杆的应变放大作用,构造了磁致伸缩/阶梯形弹性基底/压电复合结构. 采用等效电路法分析了沿长度方向振动复合结构的一阶磁电响应. 计算了Terfenol-D/阶梯形铍青铜基底/PZT-5H复合结构的磁电响应,并与实际结构的磁电响应进行了比较,由于理论分析中忽略了胶层产生的损耗,理论值和实验结果的变化规律相似,但是谐振频率点和磁电电压转换系数有一定的差异. 同时比较了阶梯形基底和等截面杆基底复合结构,分析表明前者具有更高的磁电电压转换系数. 研究了阶梯形弹性基底长度比及层厚比对复合结构纵振动一阶模 关键词： 磁电效应 磁致伸缩/压电复合结构 磁电响应     

简明设计复合扭振变幅杆

传统设计复合扭振变幅杆的方法是利用各形状函数杆之间的角位移连续和力矩连续的边界条件,来确定方程中的待定系数,导出频率方程。本文利用各形状函数分界之间机械阻抗相等的方法来设计复合扭振变幅杆。可简化设计,物理意义明显。这种方法也适用于纵振复合变幅杆的设计。     

扭转超声振动系统中局部共振的研究

本文从扭转振动波动方程出发，推导出了具有类圆锥过渡段的复合阶梯型扭转变幅杆的频率方程解析表达式。从实验和理论上对该复合变幅杆的谐振频率随杆细端长度和直径的变化进行了测量和计算。通过对比，证明了复合振动系统中局部扭转共振现象的存在，并得到了其产生条件。     

基于二维声子晶体结构的大尺寸超声 塑料焊接系统*

在大尺寸的圆柱形超声塑料焊接系统的工具头上加工周期性槽,形成一种二维声子晶体结构。对基于二维声子晶体结构的圆柱形工具头进行了声子晶体的带隙分析,并对优化设计后的该超声塑料焊接系统进行数值模拟。探讨了开槽前后超声塑料焊接系统振型的变化以及工具头输出端面纵振动的位移分布。研究结果表明,二维声子晶体结构能有效地抑制横向振动,增强纵向振动,并均匀输出端面的振幅,可以实现对超声塑料焊接系统的优化设计。     

Coupling and degenerating modes in longitudinal–torsional step horns

Longitudinal–torsional vibration is used and proposed for a variety of ultrasonic applications including motors, welding, and rock-cutting. To obtain this behavior in an ultrasonic step horn one can either, (i) couple the longitudinal and torsional modes of the horn by incorporating a ring of diagonal slits in the thick base section or, (ii) place helical flutes in the thin stem section to degenerate the longitudinal mode into a modified behavior with a longitudinal–torsional motion. This paper compares the efficacy of these two design approaches using both numerical and experimental techniques.     

大负载超声振动磨削系统的设计

设计了一种大负载超声振动磨削系统,超声系统由换能器、圆柱圆锥形变幅杆和轮辐式砂轮组成.首先将轮辐式砂轮等效成轮毂为圆柱杆、辐板与轮缘为中厚板的复合模型,利用各接触面边界连续的条件推导系统的频率方程,完成了超声磨削系统的设计,制作了实验装置并分析验证了其声学振动特性.实验结果表明:利用轮辐式砂轮复合模型求解系统频率方程,...     

Modeling and experimental analysis of the linear ultrasonic motor with in-plane bending and longitudinal mode

A novel linear ultrasonic motor based on in-plane longitudinal and bending mode vibration is presented in this paper. The stator of the motor is composed of a metal plate and eight piezoelectric ceramic patches. There are four long holes in the plate, designed for consideration of the longitudinal and bending mode coupling. The corresponding model is developed to optimize the mechanical and electrical coupling of the stator, which causes an ellipse motion at the contact tip of the stator when the composite vibrations with longitudinal and bending are excited. Its harmonic and transient responses are simulated and inspected. A prototype based on the model is fabricated and used to conduct experiments. Results show that the amplitude of the stator’s contact tips is significantly increased, which helps to amplify the driving force and speed of the motor. It is therefore feasible to implement effective linear movement using the developed prototype.     

夹心式纵-扭复合模式压电超声换能器的共振频率

本文对夹心式纵－扭复合振动模式压电超声换能进行了研究，从换能器的等效电路出发，在无耦合时，得出换热能器纵向振动模式及扭转振动模式的各自共振频率方程，实验表明，换能器各自共振频率的测试值与理论计算值基本符合。     

夹心式纵-扭复合模式压电超声换能器的共振频率

本文对夹心式纵-扭复合振动模式压电超声换能器进行了研究．从换能器的等效电路出发，在无耦合时，得出了换能器中纵向振动模式及扭转振动模式的各自共振频率方程．实验表明，换能器各自共振频率的测试值与理论计算值基本符合．     

Optimization design of high power ultrasonic circular ring radiator in coupled vibration

This paper presents a new high power ultrasonic (HPU) radiator, which consists of a transducer, an ultrasonic horn, and a metal circular ring. Both the transducer and horn in longitudinal vibrations are used to drive a metal circular ring in a radial-axial coupled vibration. This coupled vibration cannot only generate ultrasound in both the radial and axial directions, but also focus the ultrasound inside the circular ring. Except for the radial-axial coupled vibration mode, the third longitudinal harmonic vibration mode with relative large vibration amplitude is also detected, which can be used as another operation mode. Overall, the HPU with these two vibration modes should have good potential to be applied in liquid processing, such as sonochemistry, ultrasonic cleaning, and Chinese herbal medicine extraction.