圆锥形负载变幅杆的分析研究

通过分析圆锥形负载变幅杆的频率方程与放大系数,研究了力抗负载与共振频率的变化关系及力阻负载分别为半波长和四分之一波长变幅杆的放大系数与频率的关系,并得出相同N与Z02/ZR值时,四分之一波长变幅杆放大系数远大于半波长变幅杆。     

阻性负载超声变幅杆振动特性研究

在纵振型变幅杆等效电路的基础上,研究了三类负载超声变幅杆的共振频率与放大系数。得到了阻性负载时,变幅杆频率方程与放大系数的计算式;分别绘制了共振频率及放大系数随负载变化的曲线图,并给出了分析。这将有助于超声变幅杆的研究和设计。     

余弦型和类余弦型超声变幅杆的研究

本文导出余弦型纵振变幅杆和扭振类余弦型变幅杆的频率方程及参数的计算式和曲线，对简单型杆及由其与圆柱型段和双曲正割型段组成的复合杆件进行谐振频率和放大系数测试，实验结果与理论值基本吻合。     

抛物线型超声变幅杆的探讨

提出了一种新型的变幅杆-抛物线型变幅杆。根据变截面杆纵向振动的波动方程,推导出抛物线型变幅杆的频率方程、节点位置方程、放大系数、形状因数等参数,并用有限元软件ANSYS分析了几个半波长抛物线型变幅杆,得出共振频率。结果表明:抛物线型变幅杆在保持圆锥变幅杆形状因数较大的优点上,放大系数有所提高;有限元分析结果与理论值符合的较好。     

带过渡段阶梯形变幅杆的有限元分析

对几组不同变幅比带不同过渡段的阶梯形变幅杆进行了有限元分析,获得了阶梯形变幅杆特性随过渡段形状和尺寸变化的一些规律。利用有限元软件ANSYS算出了每个变幅杆的纵振动模式谐振频率。并用其后处理功能得出了粗细端面的相对位移,由此计算振幅放大系数,得到的结果与已有的关于阶梯形变幅杆的理论以及实验结果符合得较好,计算出的谐振频率与实际测量值也较好地相符。文中还利用该软件计算了变幅杆粗细端分界面上的应力及其分布,数据表明过渡段可以显著改善粗细分界面上的应力集中。最后对导波理论和有限元分析方法的结果做了初步比较,两者亦符合较好。     

余弦形负载超声变幅杆输入阻抗特性的研究

研究余弦形负载超声变幅杆输入阻抗特性。求解了加负载时四种超声变幅杆的输入阻抗,得到加负载时输入阻抗和M"obius变换参数的统一算式。当变幅杆的输入抗分量为零时,计算了余弦形负载变幅杆的纵向振动共振频率方程和放大系数。由输入阻抗的表达式讨论了此类变幅杆的工作稳定性条件和相对阻抗相等点,对余弦形变幅杆的实际应用有一定的参考意义。     

内柱孔和内锥孔圆柱形变幅杆

激光和水射流是对陶瓷等易碎材料进行辅助打孔的传统方法,其设备存在大而复杂等缺点。加工陶瓷等易碎材料时,利用超声振动的带孔变幅杆的设备比起传统的利用激光和水射流的的设备更简易和小型化,因此,超声加工受到了人们的重视。文章对中心孔分别为柱形和锥形、外形为圆柱形的超声杆件,基于解析法推导了这两种孔型变幅杆的频率方程及性能参数表达式,分析了不同参量对其性能参数的影响,并利用有限元法计算了在谐振状态下这两种变幅杆的应力及振动位移沿轴向分布的规律。结果表明,在相同谐振频率及面积系数下,带孔变幅杆的放大系数大于实心圆柱杆的放大系数;锥形孔变幅杆的放大系数小于柱形孔变幅杆的放大系数,但前者应力曲线光滑且应力极大值较小。     

两级阶梯形变幅杆设计及优化

基于ANSYS workbench多目标驱动优化模块对两级阶梯形变幅杆进行优化设计。基于解析法设计两级阶梯形变幅杆,建立参数化变幅杆模型;在静力学分析基础上对变幅杆进行模态、谐响应分析。通过52个设计点仿真分析获得谐振频率、放大系数、最大应力与变幅杆结构尺寸关系,并优化变幅杆尺寸。研究表明,变幅杆谐振频率小于理论设计频率,振幅放大系数小于理论值,超声能量损耗较大。优化所得变幅杆的谐振频率接近理论设计频率,提高放大系数。为大功率、大振幅的超声变幅杆优化设计提供新的设计、优化思路。     

考虑负载影响的阶梯形超声变幅杆动力特性

考虑与加工工件表面高频重复撞击对结构动力特性的影响,基于瞬态波传播理论,研究周期激励下阶梯形超声变幅杆重复撞击加工工件的瞬态动力响应,及负载对变幅杆放大特性的影响。首先,建立阶梯形变幅杆力学模型,采用瞬态波响应法分别对接触过程和分离过程动力控制方程进行求解,得到适用于任意级数的阶梯形变幅杆的特征项传递函数,和重复撞击系统的瞬态响应理论解。以工程中常用的三级阶梯形变幅杆为算例,分析了不同外载频率下变幅杆重复撞击动力特性和负载工件对变幅杆聚能效果的影响,得出考虑加工件撞击产生的瞬态响应下的变幅杆放大系数,小于自由振动空载的设计值。可为精细超声加工变幅杆的设计提供更为精确的理论依据     

阶梯形变幅杆的频率特性分析

计算了圆柱截面阶梯形变幅杆的一阶到六阶纵振动模式的谐振频率,较系统地分析研究了带与不带过渡段的阶梯杆之谐振频率随其粗细段长度比和直径比的变化规律,得到了一些新结果。用两种方法计算谐振频率:一种是求解一维近似解析频率方程,计算程序用MATLAB编制。另一种是用有限元仿真数值计算,利用ANSYS软件,且适合对于任意材料和几何参数的圆截面阶梯杆的任意阶谐振频率的计算。有限元计算与一维近似理论计算得到的频率的变化趋势基本一致。所给频率变化趋势对于变幅杆的设计和加工都能提供参考。在相当大的阶梯杆几何参数空间内,一阶谐振频率随变幅杆粗段与过渡段长度而相应减小。对于实测频率比所期望值高的变幅杆进行频率调整时可以利用上述性质。     

大尺寸矩形截面幂函数复合变幅杆的研究

利用传输矩阵法,计算得到了幂函数复合变幅杆一维纵振动的频率方程,并在此基础上运用表观弹性法分析了大尺寸矩形截面幂函数复合变幅杆,得到了考虑横向耦合振动后的谐振频率方程,最后利用有限元软件ANSYS对三组变幅杆进行了模态分析。结果表明：变幅杆谐振频率的计算值与模拟值符合得很好,与一维理论相比,考虑横向耦合振动的二维理论具有更高的精确度。     

四端网络法统一变幅杆的性能参量

超声变幅杆是超声加工装置中的一个重要的组成部分,其种类较多,且每一种类的各项参数计算较复杂和繁琐,给实际设计带来困难。利用四端网络的方法,对各类型变幅杆的性能参量,包括频率方程、放大系数、位移节点、输入阻抗等性能参量进行了统一表达,大大简化了变幅杆的计算,便于工程设计。     

超声变幅杆与杯型工具一体化设计

基于细长杆纵振理论和薄圆盘振动理论,针对超声变幅杆与杯型工具开展一体化设计研究。通过分析各段的振动模态,将超声变幅杆和杯型工具的振动分为"纵-弯-纵"三个部分,分别建立三段位移和应力函数及边界条件,推导得出超声变幅杆和杯型工具的总体频率方程。根据得到的总体频率方程,设计出典型的超声变幅杆和杯型工具。对所设计的超声变幅杆和杯型工具的振动性能进行有限元分析和试验测试,分析和试验结果表明,超声变幅杆和杯型工具谐振频率的设计结果和有限元分析及测试结果的误差均在10%以内,验证了所建立的超声变幅杆和杯型工具的频率方程的正确性,并分析了各段长度和半径对超声变幅杆和杯型工具谐振频率的影响规律,为其谐振频率的修正提供了依据。     

纵—扭复合振动模式超声变幅杆研究

本文对窄端带有均匀截面直棒的指数型纵-扭复合振动模式超声变幅杆进行了理论及实验研究,推出了该复合模式变幅杆纵向振动及扭转振动的共振频率方程。为了克服同一变幅杆纵向与扭转振动很难实现同频共振的问题,提出了一种通过改变指数型变幅杆的截面变化规律而实现改变纵向及扭转振动传播速度的方法。通过合理选择指数变幅杆的截面半径减缩系数(即参数β),实现了纵-扭复合变幅杆纵向振动与扭转振动的同频共振。实测结果表明,共振频率的理论值与测试值基本一致,变幅杆纵向及扭转振动共振频率的测试值也比较符合。该变幅杆具有比较高的位移放大系数。可望应用于超声加工、超声疲劳实验及超声焊接等功率超声技术中。     

一种适用于声化学的新型复合超声变幅杆

提出一种新型复合超声变幅杆,该变幅杆总长为一个波长,由五段组成,其中三段为等截面圆柱杆,两段为变截面圆柱杆。给出了该类复合变幅杆的设计方法,并计算了两个实例。结果表明,和普通使用的半波长复合变幅杆相比,该类复合变幅杆具有在不减少甚至增大辐射面积的情况下放大振幅的特点,这对提高整个超声系统的辐射声功率和辐射效率具有积极意义。此类复合变幅杆特别适合在声化学等超声液体处理领域使用。     

矩形横截面耦合振动复合变幅杆的设计

本文研究由一部分变截面杆和一部分定截面杆构成的大尺寸矩形横截面复合变幅杆。文章中引进了变幅杆各轴向的等效弹性常数，并推出了具体表达式，利用表观弹性法探讨了大尺寸矩形变幅杆的耦合振动，得出了变幅杆的共振条件，即频率方程。实验表明，与一维理论的计算结果相比，利用耦合振动理论得出的变幅杆的共振频率更加接近于实测值。     

微超声振动细胞切割系统中变幅杆的分析与设计

针对细胞微超声振动切割系统对超声变幅杆的要求,将等截面圆柱形阶梯变幅杆的一端替换成圆锥形变幅杆构成一种复合圆锥阶梯形变幅杆。由任意变截面杆纵向振动的波动方程出发,推导了复合圆锥阶梯形变幅杆的基本理论参量,设计了超声变幅杆的基本结构,给出其制造尺寸。并应用有限元法对变幅杆进行了模态分析,得到了共振频率和位移节点等重要参数。     

夹心式复合变幅杆换能器频率方程的推导

应用复合变幅杆及夹心式换能器结构,研制了一种新型夹心式发射换能器。根据等效电路理论推导了这种夹心式复合变幅杆换能器的等效电路模型,得出了换能器频率方程。考虑黄铜电极片对压电振子的密度及等效纵波声速的影响,应用等效参数理论修正了频率方程。通过实验验证,误差由修正前的2.09%降低到修正后的0.64%。     

B8 几种扭振复合超声变幅杆的研究

Ｂ８几种扭振复合超声变幅杆的研究阮世勋（佛山大学广东佛山·５２８０００）本文从扭振方程出发，导出两端是圆柱形段中间为变截面段的复合型扭振超声变幅杆的频率方程和参数计算通式。这些通式适用于（Ⅰ）ｌ１＝ｌ２≠０；（Ⅱ）ｌ１＝０，ｌ３≠０；（Ⅲ）ｌ１≠０，...     

一种锥形定位节面变幅杆结构优化设计研究

为提高变幅杆的振动传递及振幅输出特性,基于解析法设计了具有锥形定位节面结构的旋转超声加工变幅杆,通过预应力模态分析与谐响应分析进行了优化设计;通过响应面优化方法建立27个优化设计点,分别以放大系数最大化、最大等效应力最小化与谐振频率最接近理论设计频率为第一、第二与第三优化目标,并提出一种5阶模态频响曲面验证方法,通过(2~6)阶5个模态频响曲面分析结果对优化设计点的最优优化解进行验证。研究表明,基于该研究提出的方法,结构优化设计后的变幅杆能够提高放大系数,降低最大等效应力,并使谐振频率接近理论设计频率,提高超声加工的能量利用率。对旋转超声加工装备的性能研究与开发具有一定的指导意义。