一种新型纵扭复合超声振动系统的研究

提出了一种新型纵扭复合超声振动系统的设计方法,并应用有限元软件对其正确性进行仿真验证。利用矩阵传输理论得出了指数过渡变幅杆的纵扭共振频率方程及放大倍数,其间利用MATLAB软件对此频率方程进行了求解;然后通过对圆棒中有纵扭复合振动时的应力状况进行分析,得出了一种新型的纵扭同频激励方式。按此法设计纵扭复合超声振动系统,并应用有限元软件ANSYS进行模态分析与瞬态动力学分析。结果表明:有限元分析与理论计算结果吻合较好。     

带有1/4波长指数形复合变幅杆的超声换能器设计

介绍了适合于旋转超声加工的纵向复合式超声换能器的设计.对其进行了理论分析,详细阐述了结构特点、振动方程、振速分布及应力分布等,并获得了换能器振子振幅放大系数、位移节点及应力极大点等参数.然后采用有限元软件ANSYS对其进行模态和谐振分析,得到的结果与理论结果比较.满足工程设计的需要,表明采用有限元法进行分析能够获得较高的精度.     

超声辅助锉削加工系统的设计研究北大核心

为了避免加工过程中碳/碳化硅复合材料的异形、深腔燃烧室构件出现分层、撕裂和毛刺等缺陷,提出一种超声辅助锉削加工系统。首先基于多级放大原理,应用传输矩阵法,推导了多级变幅杆的频率方程,并利用MATLAB7.1软件对该频率方程进行求解,实现了多级变幅杆的超声振动;基于薄板弯曲振动原理,应用ANSYS Workbench软件对带有直槽的锉削刀具进行结构优化设计,实现了锉削刀具的超声振动;之后,分别对设计和制造出的超声辅助锉削系统进行有限元分析与振动特性测试,结果显示二者与理论分析结果较好的一致性,谐振频率的误差在0.68%~1.75%。最后,利用研制的超声锉削系统对超声速推进器燃烧室进行切削试验,获得了较好的加工效果。     

模态综合法在双转子系统建模中的应用与验证

为寻求一种便捷的双转子系统的建模和模型维数缩减方法,开展了ANSYS有限元商用软件和固定界面模态综合法在双转子系统中建模中的应用研究。由ANSYS获取系统的质量矩阵和刚度矩阵,建立系统的运动方程,并利用固定界面模态综合法实现系统方程维数的缩减。利用模态质量矩阵和模态刚度矩阵的特性验证了系统参数的正确性;进行了系统临界转速特性计算,利用ANSYS软件(有限元方法)计算结果进行了对比验证,并分析了模态截止频率对临界转速的影响;开展了双转子系统的匀变速过程的瞬态分析,进行了试验验证。结果表明:建模方法正确、可靠,并能便捷地进行双转子响应特性的计算。     

超声内圆磨削系统新型振子的仿真和实验研究

基于超声振动内圆磨削系统中由超声换能器、变幅杆及工具构成的振子在设计制造中出现的问题,提出了一种新型整体式振子设计方法.使用有限元分析软件对该新型振子模型进行了模态、谐响应仿真分析研究,并通过阻抗分析仪和激光多普勒测振仪对加工的振子样件进行了测试实验,验证了有限元仿真结果的正确性和新型整体式振子设计方法的可行性.     

某越野车车架有限元建模与刚度分析

有限元方法和软件技术在汽车结构分析中占据了极其重要的位置.应用Hypermesh软件,能够对复杂的车架结构进行有限元建模.分别从网格划分、焊点连接、施加载荷和约束等方面对某四驱越野车车架的建模过程进行了阐述.以有限元模型为基础,并根据有限元力学分析基本平衡方程,应用OPTISTRUCT求解器对车架模型进行了计算.得出了其相应的位移分布云图及最大位移点.通过计算车架的扭转角和扭转刚度,对车架进行了扭转刚度校核.     

柱塞泵泵头体应力集中及疲劳寿命分析

对某柱塞泵泵头体进行了三维有限元分析,获得了泵头体的应力分布规律,计算出了泵头体缸腔和柱塞腔相贯处的应力集中系数,并应用泵头体的S-N曲线方程和有限元分析结果对泵头体寿命进行了计算,为泵头体的寿命估算提供了依据.     

Cymbal压电换能器发电性能的有限元仿真分析

应用有限元法研究结构参数对cymbal换能器性能的影响.首先,以压电方程为基础,应用有限元理论对cymbal换能器进行有限元建模,得出有限元动力学方程.然后应用ANSYS分析了cymbal换能器结构参数对其发电电压和谐振频率的影响.结果表明,为达到更好的发电电压,应该增加cymbal压电陶瓷的厚度tp,增加金属帽内腔底径φc,减少金属帽厚度tm和内腔顶径φd,对每个cymbal系统都存在一个最优的内腔高度dc.基振频率随着tm、dc增加而增加,随φc增加而减少.     

超声珩齿加工工件对谐振频率影响的研究

将超声珩齿加工变幅杆和被加工齿轮组成的超声振动系统简化为变幅器,基于圆锥形变幅杆和环盘(被加工齿轮)组成变幅器的频率方程,导出齿轮半径、厚度变化对谐振频率的影响,以及变幅杆的调整规律,并运用有限元分析的方法对设计结果进行了验证,从而为变幅杆及工作频率的设计选择提供了依据。     

流速扰动聚焦超声下纳米颗粒聚集的研究

为了将超声颗粒操纵技术应用于血管中纳米药物颗粒聚集,笔者针对液体流速因素的影响和纳米颗粒由于纳米效应存在的自发团聚现象,基于压电方程、声-结构边界耦合方程、动量方程,利用COMSOL有限元软件建立了流速扰动聚焦超声下颗粒聚集的理论计算模型.通过仿真计算和实验结果对比分析,得到了聚焦超声聚集纳米颗粒的原因、纳米颗粒团簇介...     

超声加工用厚电极换能器振子的频率方程研究

旋转超声加工是加工硬脆材料的一种较好方法。为实现长时间连续稳定工作,必须使用厚电极的超声换能器振子。目前,对厚电极换能器振子的研究较少,使用时一般采用近似计算与试验调整相结合的方法。为精确设计厚电极换能器振子,推导了单个厚电极换能器振子的频率方程,并使用模态试验分析和有限元仿真相结合的方法进行了验证,结果表明:在给定的电极厚度范围内,换能器振子的谐振频率误差小于5％,完全满足工程应用的需要。     

超声变幅杆的动态性能分析

根据变截面杆纵向振动的波动方程,推导悬链形超声变幅杆的频率方程,应用有限元法对变幅杆进行模态分析,得到共振频率、横向振动频率、位移节点、放大系数等重要参数。与理论计算值比较表明,有限元法可获得很高精度。     

引线键合中多向超声能量传输特性研究

利用波在弹性体中传播机理,给出超声聚能杆和劈刀的振动传递的特性,利用多普勒振动计PSV-300-F(1.5MHz)测量了振动位移和速度,证实理论结论,并对双向垂直传输超声能焊具的性能进行了研究,阐明了垂直双向加载是一种高效的传能模型.这些将对优化设计超声振动系统、提高超声键合能量传递效率和进一步研究整个超声振动系统的能量传递性能有重要意义.     

超声振动系统的四端网络设计方法及其应用

从变截面杆作一维纵振动的运动方程出发，建立了机械四端网络的数学模型及传输特性方程，给出了几种常用变截面杆的四端网络传输参数。分析了超声换能器和变幅杆的频率方程及两端振速比，计算了超声手术刀振动系统的振型及应力分布。四端网络设计方法可有效地设计各种换能器。变幅杆以及由它们组合的复杂振动系统。     

An ultrasonic level measuring technique based on radiation dissipation and its industrial application

The difficulties occur when traditional level gauging instruments are applied in filling processes, because dust above the interface of material will affect the accuracy of these gauging instruments. A non-destructive method using ultrasonic sensors was proposed in this work to meet this challenge. Theoretical model of ultrasonic radiation damping was derived on the basis of vibration damping theory, and the model was used to describe the relationship between the dissipation of ultrasonic vibration energy and material level. Moreover, influences of frequency and amplitude of the ultrasonic signal on the model were investigated. The results show that the frequency instead of the amplitude has a big influence on the model. Base on these results, proper amplitude and frequency of the ultrasonic signal is decided for the industrial trial in a pulverized coal silo. The predicted level obtained using the model gives error less than 5%. Conclusions can be drawn that the non-destructive ultrasonic method enjoys a bright future in the measurement of material level.     

基于超声微驱动的超声波振动减摩机理

将超声电动机定子和转子接触区定子表面一点的超声波振动分解成水平振动和垂直振动 ,并分析了两个方向振动对超声电动机驱动作用的影响。提出水平振动产生摩擦驱动力 ,垂直振动影响水平驱动的效果 ,将垂直方向超声波振动的作用等效为普通滑动试验中引入垂直滑动方向超声波振动的作用研究 ,揭示了垂直方向超声波振动是导致超声驱动动摩擦因数降低的原因     

超声电解复合加工装置的振动系统优化设计

为设计精密超声电解复合加工深小孔装置的振动系统,设计了1/2波长超声振动系统和以局部共振理论为指导的工具系统。基于波动方程,分别建立1/4波长超声换能器和变幅杆的解析模型,得到换能器和变幅杆的结构尺寸。借助有限元分析软件ANSYS对理论设计的变幅杆和超声振动系统进行动力学分析、压电分析和优化设计,得到了变幅杆和超声振动系统的优化模型。分析结果表明,有限元法对变幅杆和超声振动系统的设计制作具有指导意义,缩短了设计周期,降低了设计成本,所设计的超声振动系统具有良好的性能。     

弯曲振动圆盘振动特性试验研究

对超声振动系统中弯曲振动圆盘的振动特性进行了试验研究,结果表明,减小圆盘厚度,谐振频率减小;减小圆盘直径,谐振频率增大。在振动系统设计中,将变幅杆与弯曲振动圆盘设计成一体,克服了原来由于螺纹连接所造成的缺陷。通过试验得知,弯曲振动圆盘是以弯曲振动为主,存在一定反射波的干扰,并且圆盘具有增幅特性,圆盘的最大振幅约为18μm。所获得的结论对振动系统结构设计以及在超声深孔珩磨中的应用有一定的参考价值。     

基于四端网络法的超声珩齿振动系统设计

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,导出了超声珩齿复合振动系统的频率方程和放大系数计算公式。将小端接圆柱杆的复合圆锥形变幅杆与被加工齿轮组成复合振动系统,将齿轮简化为圆柱杆,采用四端网络方法,得出了复合振动系统的频率方程与放大系数公式。     

Analysis of dynamic characteristics for vibration of flexural beam in ultrasonic transport system

An object transport system is an essential device in the factory automation system (FAS). Generally, an object transport system is driven by a conveyor belt system or a magnetic levitation system. However, contact force in the conventional transport system can damage precision optical components, while the magnetic field can destroy the inner structure of the semiconductor. The ultrasonic transport system transports objects on an elastic body using an ultrasonic wave. When an ultrasonic wave is applied to a flexural beam, the flexural beam vibrates to excite the air layer, which lifts up the object on the beam to transport. In this paper, the dynamic characteristics of the ultrasonic transport system are theoretically analyzed. Through normal mode expansion, the modeling equation for steady state response of ultrasonic vibration is expressed and the natural frequency of the flexural beam in each mode is also estimated by using the finite element method (FEM). This paper was recommended for publication in revised form by Associate Editor Eung-Soo Shin Sang-Hwa Jeong received his M.S. degree in Mechanical Engineering from KAIST, Korea, in 1985 and his Ph.D. degree from North Carolina State University, USA, in 1992. Dr. Jeong is currently a professor at the department of Mechanical Engineering of Chosun University in Gwangju, Korea. His research fields are microactuator design, ultrasonic transport system, and SMA actuator of robot finger.