基于能量修正法进行大尺寸指数型超声变幅杆准确设计

基于能量修正法修正了大尺寸变幅杆纵振动共振频率方程，得出了其修正频率表达式，分析了大尺寸指数型变幅杆的共振频率修正值，并利用有限元软件ANSYS对一组大尺寸指数变幅杆进行了模态分析。结果表明，比起一维理论值，修正后的频率值更接近于有限元仿真分析结果，变幅杆的尺寸越大（即径长比越大）这种修正效果越明显。     

大截面超声变幅杆的近似设计理论

木文研究了大截面圆形变幅杆的设计问题,通过引进变幅杆的等效半径,利用表观弹性法理论,分析了圆锥形、指数形及悬链线形三种常用变幅杆的耦合振动,给出了适用于工程应用的近似设计及计算公式.理论计算及实验表明,利用近似理论计算设计大截面变幅杆,物理意义明显,计算简单,利用计算器便可迅速得出所需数据。与一维理论的计算结果相比,考虑径向振动后所得到的大截面变幅杆的谐振频率更接近于实际测量值,并且设计频率与测量频率之间的误差也完全满足工程上的要求.     

超声变幅杆的超声精密加工

本文探讨了超声变幅杆的精密加工．作者研制了双刀反间进给超声车削装置和单刀正向进给超声车削装置，采用了具有频率跟踪系统的晶体营型超声波发生器．超声车削设备连续140min工作时，频率漂移量只有29HZ，最高温度只有38℃．试验结果表明，加工精度可达IT7－ITS，表面粗糙度几可达0．4－0．8m，加工效率提高15倍，有效地解决了超声变幅杆的精密加工难题．     

碟形超声变幅杆的设计

优化超声变幅杆的形状结构可有效地提高水域声场分布和空化区域,提升对水域超声空化效果。通过模拟分析发现传统超声变幅杆在水域中具有声场分布均匀性差、变幅杆端部声压高等特征,不利于声波在水域中传播。基于此,提出并优化设计了一种具有碟形结构的变幅杆,位于变幅杆的最大振幅处的碟形结构,有更大的振动位移;模拟表明其水域声场和声压均衡度显著优于传统变幅杆,铝箔空化腐蚀实验进一步证实了其水域中的声压分布均匀性。同时,实验通过铝箔的空化腐蚀、KI剂量测定及工件表面油渍去除对比了传统变幅杆和碟形变幅杆,分析表明碟形变幅杆所在水域中有较大的空化腐蚀区域,腐蚀速率明显提升,声化学反应速率提高,油渍去除程度增强,说明了设计的碟形变幅杆能够促进空化泡的产生,增加水域空化区域。     

抗性负载超声变幅杆振动特性研究

在负载为纯力抗的状况下，利用纵振型变幅杆等效四端网络，对频率方程和放大系数进行了研究．得到了三类常用变幅杆频率方程和放大系数的表达式；并通过MATLAB编程，分别绘制了三类变幅杆共振频率及放大系数随负载变化的曲线图．这将对超声变幅杆的研究和设计提供一定的理论依据．     

超声变幅杆的四端网络法设计

依据四端网络的基本原理,利用力电类比的方法,给出了复合变幅杆的等效电路图;并通过电路运算,推导出圆锥过渡段和指数过渡段阶梯形复合变幅杆频率方程和放大系数的一般公式,为超声变幅杆的设计和性能分析提供了理论依据。     

超声变幅杆性能参数的计算机辅助计算

本文在分析计算变幅杆性能参数的共性的基础上，给出了一种算法，能够快速计算任意级复合变幅杆的性能参数，绘出应力及位移分布。编制了相应的计算程序，该程序界面友好，为复杂变幅杆的设计、优化以及性能参数的计算提供了方便。     

超声弯曲模式变幅杆的振动分析

介绍了用传递矩阵分析超声弯曲变幅杆的方法,推导了变幅杆的频率方程、放大系数、形状因子的表达式。作为方法的应用例,对圆锥形变幅杆进行了一些数值计算。最后进行了验证。结果表明传递矩阵法是弯曲变幅杆分析的有效方法。     

几种扭振复合超声变幅杆的研究

对左、右段为圆柱型、中间段为变截面杆的三段式复合扭振超声变幅杆给出了频率方程和参数计算通式据此得出中间段l2分别为指数型、类国雄型、类悬镇线型和类余弦型，而l1=l3≠0，或l1≠0；或l3≠0的各种组合复合杆的参数计算式，并算出了其参数值，给出了主要参数曲线．测试了十组典型试件的谐振频率和放大系数，实验结果与理论值基本一致，本法可组合成许多适应各种用途的扭振复合杆     

A study on ultrasonic solid horns for flexural mode

The transfer matrix method is introduced into the analysis of ultrasonic flexural solid horns. The frequency and magnification equations of a horn are derived by using the transfer matrix method. Analyzed are the characteristics of three types of circular cross-section horns: exponent, cone, and catenary. The results are partly verified experimently.     

Study on rectangular ultrasonic radiator of flexural resonant vibration in high modes

Based on the theory of coupling vibration and flexural vibration of thin rod of rectangular cross section, the fiexural vibration of rectangular thin plate was studied. The frequency equation was derived under the condition of freeboundaries. The normal modes and the relation between the normal modes and the resonant frequency were obtained. Experiments showed that the calculated resonant frequencies agree well with the measured results, and the rectangular thin plate in flexural vibration has abundant resonant frequencies. The radiator of flexural vibration used in ultrasonic cleaning and other techniques has the advantages of large acoustic radiating area, uniform acoustic field and easy adjustment of resonant frequencies, proving that it is a promising ultrasonic source.     

性能可调的纵向振动圆锥形超声变幅杆*

提出了一种基于压电效应的性能可调纵向振动圆锥形超声变幅杆,并对其振动性能进行了研究。该变幅杆由传统的圆锥形超声变幅杆和压电陶瓷材料组合而成。论文研究了圆锥变幅杆中压电陶瓷材料的厚度、位置以及电阻抗的改变对变幅杆性能参数的影响,并进行了数值模拟仿真及实验验证。结果表明,通过改变压电陶瓷材料的厚度、位置和电阻抗值,可以实现变幅杆共振频率和位移放大系数的改变。理论计算结果与数值模拟值和实验测试值符合得很好。     

矩形板高阶模式超声振动辐射器的研究

在耦合振动理论以及矩形截面细棒弯曲振动的基础上,本文对矩形薄板的弯曲振动进行了研究,推出了自由边界矩形薄板的弯曲振动频率方程,研究了薄板的振动模式及其与共振频率的关系.实验表明,矩形薄板弯曲振动共振频率的测量值与计算值符合很好.用共振式矩形薄板作为超声清洗等液体中超声应用技术的声波辐射器具有声场分布均匀,换能器频率调节容易,声波辐射面大等优点,是一种很有前途的新型超声源。     

Measurement of ultrasonic power of cylindrical horns

Monitoring high power ultrasonic equipment and the determination of the efficiency of transducers depends upon the methods used to measure ultrasonic power. This paper discusses several such methods used on longitudinally vibrating horns, and describes in detail a new electronic method of measuring acoustic power.     

Enhanced vibration performance of ultrasonic block horns

Block horns are tuned components designed to vibrate in a longitudinal mode at a low ultrasonic frequency. Reliable performance of such horns is normally associated with the amplitude of vibration, uniformity of vibration amplitude at the working surface and the avoidance of modal participation by non-tuned modes at the operating frequency. In order to maximise vibration amplitude uniformity, standard slotting configurations are included in the horn design. However, defining a slotted block geometry which guarantees sufficient tuned frequency isolation from nearby modes as well as high amplitude and amplitude uniformity, is not straightforward. This paper discusses horn configurations which satisfy these criteria and investigates the design requirements of block horns which operate as intermediate components in ultrasonic systems, where the block horn dominates the vibration behaviour of the system. The importance of mode shape characterisation is discussed and modes are classified using experimental data from 3D laser Doppler vibrometer measurements and finite element analysis. In particular, the role of additional fine slots and castellations are studied with reference to two distinct ultrasonic applications involving a similar block horn.     

基于最小电压法的超声换能器谐振频率自动跟踪*

首先分析了最大电流法跟踪超声换能器谐振频率的原理及应用范围。研究了基于由串联电感和并联电容匹配电路下,不同频率时换能器两端电压电流的变化规律。研究表明在串联电感和并联电容匹配电路下发生谐振时,换能器两端的电压最小而电流并非最大。由此形成了采用最小电压法跟踪谐振频率的自动跟踪策略,并给出了该方法的具体实施步骤。论文研究结果为换能器谐振频率的自动跟踪方法提供了新的选择。     

X波段六腔渡越管振荡器的高频特性研究

从麦克斯韦方程出发,采用时域有限差分法（FDTD）和离散傅里叶变换（DFFT）相结合的方法,通过数值计算得出了六腔开放式谐振腔中前四个谐振频率和场分布,计算出的谐振频率与实验测量结果基本相同。比较了开放腔和封闭腔谐振频率,验证了TEM波吸收边界条件,并在实际编程计算中得以应用。计算结果为六腔渡越管振荡器的机理研究提供了依据。     

左手介质对谐振腔谐振频率的影响

在谐振腔设计过程中, 谐振腔的品质因数以及谐振频率都是需要考虑的关键因素. 传统的方法是通过减小谐振腔的尺寸或者利用高次模来提高谐振腔的谐振频率, 但是由于两种方法都有其局限性, 导致设计结果并不理想. 通过理论计算与模拟仿真相结合的方法, 对影响谐振腔谐振频率的因素进行分析, 得出了填充介质的材料属性与谐振腔谐振频率的关系. 理论计算显示: 当用“左手介质”作为谐振腔的填充物质时, 可以在不改变谐振腔尺寸的基础上提高谐振频率. 高频结构仿真器(high frequency structure simulator)的仿真数据也证明了以上结果, 从而得出谐振腔的谐振频率可以不受谐振腔尺寸的限制. 相较于传统理论而言, 研究结论有进一步的发展, 为探索和设计新颖的谐振腔提供了理论依据.