超声振动系统设计及性能分析的解析方法

在分析与推求变截面杆纵振动控制方程及其通解的基础上,给出了超声振动系统设计及性能分析的解析过程中所采用的一些基本公式。结合范例,介绍了用解析法进行超声换能器、变幅杆及其组合谐振系统的设计及性能分析的基本步骤。     

基于四端网络法的超声变幅杆设计

从变截面杆作一维纵振动的运动方程出发，建立机械四端网络的数学模型及传输特性方程，导出了圆锥形变幅杆的频率方程和振速比．并在此基础上，用四端网络法设计了工作频率为20kHz的圆锥形超声变幅杆．     

贴片式纵弯复合激励圆筒超声电机

为了有效提高贴片式环形行波超声电机的机械输出性能,利于超声电机的小型化和微型化,研制了一种贴片式纵弯复合激励圆筒超声电机,电机利用d33工作模式和d31工作模式,由单臂变幅杆和一个环形换能器构成,且变幅杆和换能器采用一体结构．在对电机的工作原理进行分析的基础上,利用ANSYS软件完成了电机的设计和仿真,实现了两个振动模态的特征频率简并,并采用多普勒激光测振仪对样机进行了振动测试,测试结果与仿真结果基本一致．样机的机械输出特性测试表明,样机的最大转速为268r／rain,最大输出力矩为1．1N·m．     

施加反拉力复合超声振动拉丝的实验研究

为验证反拉力对超声振动拉丝的作用效果,研制了一套大功率复合超声振动拉丝实验系统,系统由超声波电源、换能器、变幅杆、传振杆等组成.按照是否施加反拉力2种情况,进行了复合超声振动在干摩擦下直接拉拔钛丝及钛合金丝的工艺和性能实验.利用扫描电镜对所拉拔的钛及钛合金丝材进行了表面质量观测,对比了施加反拉力前后所加工丝材的表面形貌.实验结果表明:当超声振动系统的功率和振幅足够时,可实现在干摩擦下直接拉拔钛及钛合金丝材.反拉力的施加可以提高丝材的表面工艺质量,降低断丝率和加工成本.验证了在拉丝过程中施加临界反拉力可以在保持拉拔应力基本不变的情况下,降低丝材表面摩擦应力的结论,探索了提高丝材表面工艺质量的途径.     

功率超声振动系统的有限元分析

基于功率超声振动系统的结构特点,给出了变截面细杆纵振动的有限元模型,研制了功率超声振动系统固有特性的有限元仿真软件包。获得了－典型功率超声振动系统的前４阶固有频率和振型,可用来评价系统的振动性能。     

多孔介质内部大圆球绕流的分析

对多孔介质内部大圆球绕流问题进行理论分析．首先根据基本假设写出简化的基本方程组，然后求出多孔介质内部大圆球绕流问题的解析解，最后对解析解进行分析和讨论．     

一种新型圆锥变幅杆的节点设计与试验分析

为了解决传统超声加工系统中谐振频率飘移及能量损失的问题,基于变截面杆纵振波动方程,在考虑固定件——法兰盘外观尺寸的前提下,首先建立一种新型圆锥变幅杆的节点计算公式,避免了传统超声加工系统设计时因不考虑连接处尺寸而造成系统变幅杆节点实际位置与理论计算不重合的问题,为超声振动系统稳定加工提供一定的理论支撑;其次,基于所建立的新型节点计算公式,分析法兰盘外观尺寸变化对节点位置的影响;最后,进行振动性能试验和有限元仿真验证。结果表明,与传统变幅杆设计理论相比,基于新型变幅杆节点计算公式所设计的变幅杆谐振频率更接近于设计频率,放大系数更大,振动效果更佳,证明基于该理论所设计的声学系统较为可靠。     

双排斜槽纵-扭复合振动变幅杆仿真设计

对圆截面阶梯型超声变幅杆小端圆环传振杆开双排斜槽,以获得纵-扭复合超声振动的输出,利用有限元分析软件ANSYS研究分析变幅杆尺寸参数对变幅杆固有频率的影响规律,从而设计较优的变幅杆。仿真结果表明,优化后的变幅杆谐振在20 346Hz时能够实现纵-扭复合振动。     

一维热传导方程的基本解

本文介绍了用积分变换法来求解．维热传导柯西问题的基本解，并对其物理意义进行了讨论，用积分变换法可以将偏微分方程化为常微分方程，使方程易于解出，从基本解可以看出，在温度平衡过程中，杆上各点均受初始状态的影响，而且基本解满足归一化条件表示在热平衡过程中杆的总热量保持不变。     

基于超声振动钻削系统的换能器设计

为使超声振动钻削的换能器性能更加稳定,基于实验数据,提出解析法与有限元法相结合的模式对换能器进行设计,并进行阻抗分析和振动性能测试实验。结果表明,换能器前盖板输出端振幅达4.2μm,在陶瓷晶片工作温度低于70°C的状态下换能器可稳定工作13 h,且工作频率波动幅度小于130 Hz。测试结果验证了设计方法及思路的可行性,所提出的换能器设计方法可推广应用于一般超声振动钻削加工。     

超声波塑料焊接过程声学系统电参数的检测

在超声波塑料焊接过程中, 针对声学系统的输入电信号受到焊接过程负载变化的直接影响,研制了一种超声波电信号测试系统,可以对超声波塑料焊接过程中功率、电压电流有效值、相位差及频率信号等进行快速准确的在线检测,而且可以对测量结果进行实时纪录、分析处理．测试结果表明,超声波电信号能够有效地反映焊接过程的变化,为实现焊接过程质量控制提供了可能．该系统还可以应用于功率超声的其他领域．     

超声波对液体α-淀粉酶酶学活性的影响

采用碘-淀粉比色法研究超声波对液体α-淀粉酶相对活性的影响,探讨超声波功率、超声时间、酶液的pH值、超声后静置时间、温度等参数与液体α-淀粉酶相对活性之间的关系,得出了液体α-淀粉酶酶学活性较佳的处理工艺条件,并将其应用于纯棉靛蓝牛仔布的退浆处理.结果表明:适当的超声波处理能提高液体α-淀粉酶酶学活性,超声波联合淀粉酶处理比仅用淀粉酶对牛仔布退浆处理的退浆率提高了约10.2%.     

超声波及超声检测

阐述了超声波、发射、接收及检测的基本原理和应用，并进行了简单的应用举例。利用超声波进行非接触测距在某些场合有着显著的优点，同时该技术又是一种精度较高，费用较低的测量技术。     

超声波破解污泥的试验研究

研究了超声波破解污泥的情况.在超声波单独作用及超声波/碱作用下,测定SCOD（溶解性COD）的量,分析超声波、超声波/碱对污泥破解的效果.结果表明,从镜检中可以看到,污泥絮体随超声波作用时间的延长越来越散;SCOD随超声波作用时间的延长而增加;超声波与碱协同作用对污泥的破壁效果比超声波单独作用好.     

微坑超声复合微细加工试验研究

提出用超声复合电加工方法制作微小结构,并分析微细超声、超声复合电火花、超声复合电解微细加工机理;用微细放电组合技术制作多种截形微细工具电极;完善超声复合电加工试验系统,进行多种材料、形状微结构超声复合加工试验．结果表明：超声复合加工是制作硬脆材料微结构的有效方法;超声复合电火花加工金属材料微结构有良好的精度及稳定性;超声复合电解加工具有效率高、精度好的技术优势．     

计算机辅助超声光栅测量

介绍了声光衍射原理和数字散斑相关测量技术,采用CCD成像技术采集声光衍射图,并辅以计算机测量,实现对超声声速的高精度测量.测定了超声波在乙醇和水两种介质中的传播速度,并与标准值进行了比较,相对误差分别为0.12%和0.51%.与其他方法相比本实验测量精度更高.     

超声波照射下废新闻纸脱墨

本文研究了废新闻纸在超声波照射下脱墨时浆浓、时间、pH 值对脱墨浆洁净度的影响,得出了最佳值:温度为55-60℃,pH 为5.7。实验采用 CIE 1976(2ab)表色系统并结合湿氧化碳含量测定法研究了超声波、化学、机械三种方法所得浆料的洁净度及脱墨效率。通过比较得出,超声波脱墨效率高,所得浆料光学性能好,洁净度高。光学显微镜观察和碳含量测定结果表明:超声波脱墨浆中碳含量较化学、机械脱墨浆的少。并且超声波脱墨浆手抄片的裂断长比化学脱墨浆的高7.0%,耐破度高26.6%,保水值高23.5%。利用红外光谱研究油墨粘结剂的一些成份在超声波处理前后变化时发现,仅超声波处理不会使之发生皂化反应,也不会产生新的可皂化基团。此外,废新闻纸贮存时间对超声波脱墨效率影响不大。     

工业回转窑窑体变形误差检测系统研制

本文详细介绍了采用超声波测距传感器检测回转窑窑体变形误差的工作原理，设计和开发了基于单片机控制的8路超声波数据采集系统的发射与接收电路及其相应的软件，同时考虑了环境温度对波速的影响，通过温度补偿的方法来校正波速，因而检测系统的测量精度高。     

Effects of Ultrasonic and Acid Pretreatment on Food Waste Disintegration and Volatile Fatty Acid Production

This study aims at investigating the effects of ultrasonic and acid pretreatment on food waste ( FW) disintegration and volatile fatty acid ( VFA ) production. Single?factor experiments are carried out...     

Review: Progress and Trends in Ultrasonic Vibration Assisted Friction Stir Welding

综述：超声振动辅助搅拌摩擦焊接的研究进展与发展动向

Najib Ahmad Muhammad, 武传松, Girish Kumar Padhy

（山东大学 材料连接技术研究所,济南 250061）

创新点说明：

搅拌摩擦焊作为一种新型的固相连接技术,具有焊接质量高、成本低、环境友好等许多优点,已经应用于航空、航天、造船、高速列车等领域。由于这种焊接技术依靠搅拌头与材料的摩擦产热和材料塑性变形时的粘性耗散产热来软化焊接区材料形成连接,因此,焊接时需要很大的转矩、轴向压力和水平进给力。有研究者通过辅加热能来解决这一问题,但也受到了各种因素的局限。而超声振动能量作为机械能,在辅助搅拌摩擦焊接、解决上述问题方面有很大优势。

本文评述了当前超声振动辅助搅拌摩擦焊工艺的研究进展,介绍了国内外近期研发的超声振动施加方式及相应的实施效果。作者课题组直接将超声振动通过工具头施加在搅拌头前方待焊工件上,研发出超声振动强化搅拌摩擦焊UVeFSW新工艺。实验研究发现,UVeFSW能改善焊缝成形、减少缺陷尺寸、降低焊接载荷、提高焊接速度、细化焊核区和热力影响区的晶粒组织。该文分析了各种超声施加方式的优缺点,为超声振动辅助搅拌摩擦焊的进一步研发提供参考。

关键词：搅拌摩擦焊;超声振动辅助搅拌摩擦焊;声致软化效应;焊接载荷;加热历程;材料流;微观结构;机械性能