模式转换环形耦合振动超声辐射器

提出了一种新型耦合振动环形超声辐射器,辐射器由纵振换能器及变幅杆激励特定尺寸的金属圆环,使其能有效地将纵向振动转化为圆环的径向轴向耦合振动从而向环的径向、轴向辐射超声波,并且在环的中心形成聚焦声场。推导了该辐射器的等效电路,给出了等效电路法和有限元法优化设计环形超声辐射器的详细过程。研究了耦合振动环形超声辐射器的谐振特性及其辐射声场特性,根据理论计算结果加工了相应的环形超声辐射器,实验测试结果与理论计算结果符合得较好。本文提出的模式转换环形耦合超声辐射器可望在声化学等液体处理领域获得应用。     

矩形辐射器压电多频超声换能器的研究

研究了一种具有多个共振频率的矩形辐射器夹心式超声换能器,换能器由圆柱形后盖板、压电陶瓷晶堆及矩形六面体辐射器前盖板组合而成。利用表观弹性法和一维近似理论给出了多频换能器横向及纵向理论共振频率方程。对一种特殊情况下的此类换能器进行了有限元及实验分析,给出了各自的频率输入导纳曲线。对理论和实验结果进行分析后表明,此类矩形辐射器夹心式超声换能器可以在不同的振动模态上工作,具有多个共振频率.     

弯曲振动矩形板辐射阻抗的计算

本文推导了四边简支矩形板的辐射阻抗表达式, 利用高斯数值积分方法, 计算了其相对辐射阻抗的数值解. 由不同模态下相对辐射阻抗与频率以及不同长宽比对应的相对辐射阻抗与频率的关系可知, 在中低频段, 模态越低, 辐射阻抗越大, 也就意味着辐射声功率和同振质量越大; 对于一定面积和模态的矩形板, r (r=a/b, 长与宽之比)值越接近1, 即越接近正方形, 辐射阻和辐射抗越大. 本文的方法能对其他复杂边界条件下的、无振动解析解的矩形板的辐射阻抗数值量级大小提供一个参考, 也可由计算弯曲振动的阻抗自然地过渡到活塞振动阻抗的计算.     

高阶过模Denisov辐射器设计

应用几何光学理论分析了高阶过模Denisov辐射器的基本工作原理。以耦合波理论为基础,给出了高阶过模Denisov辐射器的设计方法。结合3 mm波段边廊模回旋管的具体参数,研究了3 mm波段工作模式为TE6,2的Denisov辐射器。采用编制的数值计算程序,优化得到可靠的最优波导壁扰动几何参量,据此设计出了紧凑的96.4 GHz工作模式为TE6,2的Denisov辐射器。经全电磁场仿真验证,该辐射器壁电流发生了较好的汇聚,在切割边缘电流幅值降为汇聚中心点的10%,输出准高斯束能量转换效率为96.51%。     

高阶过模Denisov辐射器设计

应用几何光学理论分析了高阶过模Denisov辐射器的基本工作原理。以耦合波理论为基础,给出了高阶过模Denisov辐射器的设计方法。结合3 mm波段边廊模回旋管的具体参数,研究了3 mm波段工作模式为TE6,2的Denisov辐射器。采用编制的数值计算程序,优化得到可靠的最优波导壁扰动几何参量,据此设计出了紧凑的96.4 GHz工作模式为TE6,2的Denisov辐射器。经全电磁场仿真验证,该辐射器壁电流发生了较好的汇聚,在切割边缘电流幅值降为汇聚中心点的10%,输出准高斯束能量转换效率为96.51%。     

基于矩形薄板面内振动的直线型超声电机的研究

针对一种基于矩形薄板面内振动的直线型超声电机进行了研究。首先对其核心结构部件——矩形压电陶瓷薄板进行了结构设计,导出了矩形压电陶瓷薄板的长度和宽度比为4.0的结论,并利用ANSYS有限元软件进行了相应的计算和验证。还首次对这种电机的工作模态的激发和运动原理进行了比较深入的分析和探讨。最后,实验研究结果表明误差仅为3.74%,证明了所作分析的正确性。     

模式转换弯曲振动超声换能器的研究

本文研制了一种由纵向振动夹心式压电换能器和弯曲振动细棒组成的纵一弯模式转换弯曲振动超声换能器，从理论上分析了此类换能器的两种振动模式，井推出了其共振条件．实验表明，换能器共振频率的测量值与理论值符合很好，弯曲振动换能器的能量转换效率较高，性能稳定，在实际生产中具有广泛的应用．     

改进型准光模式辐射器

 应用几何光学理论分析了模式在圆柱波导中的传播,利用耦合波理论分析了各个模式在波纹波导中相互转化以及稳定时的相对功率,设计了170 GHz,模式为TE22,6的毫米波通过波纹波导将其一部分能量转换到其它8个卫星模式上,通过编写程序并进行大量优化得出了耦合出的模式和稳定时的相对功率大小,并使它们各个模式场分布在辐射器螺旋切口上叠加成准高斯波束,设计出辐射器的长度少于150 mm,得到准高斯波束在辐射器螺旋切口上叠加的等势图,实现了直接利用这些准高斯波束的目的。     

固体板中超声驻波场的高阶光弹条纹

利用动态光弹法观测了超声波在固体板内多次反射形成的驻波。通过相干叠加增大声波应力,使得动态光弹实验中偏振光的相位变化大于一个周期,从而观测到固体内超声波由行波转化为驻波的过程,并对高阶干涉条纹反映的驻波场特性进行了讨论。通过对声波应力进行定量测量,评估了固体板中超声驻波的激发效率。本文的工作为利用动态光弹法研究透明固体中的高强度声波提供了一种可行的方法。     

功能梯度压电材料矩形板自由振动方程的精确解

从压电材料基本方程出发，针对沿厚度方向极化且材料常数沿极化方向梯度变化的矩形压电板，导出并求解了四边简支、接地条件下板的自由振动方程。     

穿孔板振动的实验研究

本文测量了穿孔率从0.008到0.30的穿孔板的共振频率,将此共振频率与未穿孔的相同板的共振频率比较,求得穿孔板的共振频率与穿孔率之间的关系。本文也对穿孔板的阻尼因数作了初步测量。     

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。     

超声振动切削系统中弯曲振动刀杆的谐振模式

本文运用系统的观点研究了超声振动切削系统中弯曲振动刀杆的谐振模式及与其它子系统谐振频率的关系,发现在一定条件下,处于系统中的刀杆可以按照自身的固有频率谐振,其刀尖振幅足可以满足工程的需要,这样在实际中就允许刀杆存在一定量的设计、制造误差及重磨量,从而带来极大的方便。本文结果也从弯曲振动系统的另一侧面进一步映证了文献[6]结论所具有的普遍性。     

94 GHz TE_(6,2)模式Denisov辐射器的研究

准光辐射器是回旋管内置准光模式变换器的重要组成部分.采用几何光学理论分析了圆波导中高阶旋转模式电磁波的准光传输特性,分析了螺旋非规则光滑圆波导中电磁波的传输和模式耦合机理,推导任意扰动的圆波导内模式间的耦合波方程及其相关系数.根据耦合波理论编制准光模式变换器的数值计算程序,分析了Denisov型辐射器内激励起的波导模式的功率分布规律和波导壁上的纵向磁场分布,以及辐射器螺旋切口的辐射场的分布和辐射波束的特征,并采用三维全波仿真软件进行对比模拟.优化了工作频率为94 GHz,TE6,2模式的Denisov型辐射器,其输出功率效率高达98%;加工成实物并内置于回旋振荡内进行热测实验,在回旋管的输出窗处获得了高斯分布的烧斑图.此结果表明测试结果与计算基本一致.     

水中矩形板的共振声辐射

研究共振声辐射理论(Resonance Radiation Theory:RRT)在水中矩形板的应用。导出了矩形板的共振声辐射公式、并数值验证了其适用性。深入分析了有流体负荷矩形板的复共振频率的物理意义及其与导纳留数、模态辐射率的关系,复共振频率的实部表示实际共振频率,虚部反映模态辐射能力。根据复共振频率容易找到辐射能力相对较强的模态,为有针对性控制声辐射提供了新的思路。鉴于复平面搜根求解模态复共振频率的困难,针对矩形板的特点提出了一种求解复共振频率及留数的快速方法。结合该方法及RRT,提出了一种快速计算辐射声功率的方法,数值验证表明该方法精度高、速度快。     

固定边矩形板的弯曲问题

The problem of bending of orthotropic rectangular plates with clamped edges on elastic foundation may be reduced to the following differential equation and boundary conditions (?⁴w)/(?x⁴)+2λ(?⁴w)/(?x²?y²)+(?⁴w)/(?y⁴)+kw=q/D. w=0, (?w)/(?x)=0 at x=±a, w=0, (?w)/(?y)=0, at y=±b. In the case of isotropic plates, λ = 1. In this paper a perturbation method is proposed for the solution of this problem fay expanding w in power series of λ: w=w₀+w₁λ+w₂λ²+……. It is proved that this series is convergent when -1 ≤λ≤1.     

矩形截面固体波导中弹性导波模式的板波叠加解

参照板中兰姆波模式的子波叠加解求解了矩形截面固体波导中弹性导波的模式。其中子波设定为横向满足自由边界反射条件、纵向波数分量相同的各板波模式。假设声场的完备性,利用子波模式的正交性,结合矩形截面的几何对称性可以得到4组独立导波特征方程用于频散曲线以及导波模式计算,其计算结果与有限元法计算结果相符。研究以解析模型表明:矩形截面固体波导中的导波是其内部以一定纵向波数分量斜向传播的板波模式在两个自由侧面上经过反复反射与模式转化后,横向耦合谐振而形成的。     

Vlasov辐射器反射特性研究

利用矩量法导出Vlasov辐射器端口处各种模式模系数（振幅）的计算方法,并利用此方法通过数值计算研究了斜切形Vlasov辐射器的反射特性,得到了辐射器端口反射系数和斜切角度及直径波长比之间的关系。结果表明斜切形辐射器具有很小的反射系数,并从反射特性上为辐射器结构参数的选择提供了依据。     

Vlasov辐射器反射特性研究

 利用矩量法导出Vlasov辐射器端口处各种模式模系数（振幅）的计算方法，并利用此方法通过数值计算研究了斜切形Vlasov辐射器的反射特性，得到了辐射器端口反射系数和斜切角度及直径波长比之间的关系。结果表明斜切形辐射器具有很小的反射系数，并从反射特性上为辐射器结构参数的选择提供了依据。     

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。