材料和几何形状对变幅杆固有频率的影响研究

超声复合加工的加工能力与变幅杆的振动特性有关,为了提升材料利用率,利用模态分析法对四种常用几何形状,及铝合金、钛合金和45钢三种材料的变幅杆进行了模态分析。结果表明：在理想轴向振动模态下,四种几何形状中,指数形的固有频率最高,其中钛合金指数形变幅杆的仿真频率与设计频率最接近;铝合金圆锥形变幅杆的频率与泊松比、密度呈负相关,与弹性模量的呈正相关;四种几何形状中,阶梯形变幅杆固有频率范围最宽,圆锥形变幅杆最窄。对于需要频繁更换工具头的超声系统可选用固有频率的范围较大的45钢阶梯形变幅杆。以上结论为超声复合加工中变幅杆选材提供了参考。     

超声变幅杆的模态分析和谐响应分析

运用有限元方法对四种变幅杆进行了模态分析和谐响应分析,研究了超声加工中变幅杆的动态性能,找出了变幅杆的固有频率,并在变幅杆达到谐振状态的条件下,求出了变幅杆的位移节点、放大系数、应力应变极大点位置.结论表明,有限元分析结果与理论分析结果符合较好,对工程实际中变幅杆的设计与研究具有较高的参考价值.     

圆锥形变幅杆的设计及有限元分析

超声变幅杆是功率超声振动系统中的重要组成部件。本文以一个实际应用为例通过解析法设计一个半波长圆锥形变幅杆,并用有限元软件ANSYS对对变幅杆进行模态分析,确定变幅杆的固有频率。最后用有限元法对带工具的变幅杆进行修正设计,使变幅杆的某阶固有频率和系统工作频率相等,确保变幅杆在工作中能够可靠地纵向共振。     

解析法设计阶梯型变幅杆可靠性研究

通过有限元法验证了阶梯型变幅杆解析法设计的可靠性。首先利用传统解析法设计了一种常用阶梯型变幅杆,然后通过有限元分析软件AMSYS Workbench 12.1进行了模态分析和谐响应分析,把仿真得到的变幅杆固有频率、小端面的振动位移以及变幅杆的应力值和解析法设计值进行比较,验证了解析法的可靠性。     

圆锥形超声变幅杆的固有频率测试实验研究

本文通过设计一种简单的实验装置,用锤击法来测试变幅杆的固有频率,实验测试数据与ANSYS软件分析的结果基本一致,实验证明用锤击法测试变幅杆的固有频率是一种有效的测试方法。     

单激励三维超声振动辅助加工装置的设计与分析

基于超声波斜入射理论对斜槽式变幅装置复合振动机理进行分析,设计出一种具有斜槽结构的变幅杆,可在单激励条件下实现X,Y,Z三个方向的同频简谐振动。阐述了三维空间简谐运动的合成规律,使用ABAQUS有限元软件对变幅杆进行模态分析,得到了固有频率与振型,进而通过瞬时动力学分析得到了变幅杆输出端的振动特性,并通过ORIGIN数据分析软件验证了变幅杆输出端在空间中的振动轨迹为类椭圆。研究表明,变幅杆存在的特定斜槽角度使斜槽转换效率最高。     

大截面圆锥形超声变幅杆的设计及负载特性分析

通过瑞利近似理论假设,对大截面圆锥形变幅杆的纵向振动固有频率进行修正,得到了修正频率表达式,同时研究了负载对大截面圆锥变幅杆的放大系数和谐振频率的影响。利用有限元法对一组大截面的圆锥形变幅杆进行模态分析和负载特性研究,结果表明:修正后的结果与一维理论相比更接近有限元模拟值,其适用范围更大;随着负载直径和长度的增加系统频率将逐渐减小,而放大系数在不断增加,比较可得直径的影响较长度要更显著。研究结果对大截面的圆锥形超声变幅杆的工程计算和此类复合变幅杆的设计和实际应用提供理论依据。     

带工具头变幅杆的优化修整及其振动性能试验

基于波动理论对变幅杆进行设计,借助有限元软件对变幅杆进行优化,提出复杂截面变幅杆优化修整的方法,获得结构参数对变幅杆固有频率的影响规律,该规律可为变幅杆的现场修整提供一定理论依据。按优化结果制作变幅杆,并对其进行振动性能试验,试验结果表明:系统振动性能良好,频率为34.813kHz时出现谐振点,振幅为11.38μm,其与有限元分析所获得的结果高度吻合,由此从试验角度佐证了该优化修整方法的可行性。     

带有加工工具的超声复合变幅杆的优化设计

鉴于传统的带有加工工具的超声复合变幅杆求解方法的不准确性,运用有限元法,设计带有加工工具的复合变幅杆,并对其进行动力学分析,包括模态分析、谐振分析;并在此基础上进行优化设计。在保证其突变处工作应力在其材料许用应力范围的前提下,得到其固有频率等于工作频率时复合变幅杆的最佳放大倍数及谐振长度;运用有限元法,分析了工具头的长度,直径对于整个变幅杆谐振长度、放大倍数的影响,为设计更多的复杂形变幅杆提出了一种新的思路。     

圆锥形变幅杆的有限元分析与优化设计

本文利用ANSYS软件对复杂结构的圆锥形变幅杆进行有限元分析,提出两种修正设计方案,得出变幅杆固有频率与其结构尺寸的关系,从而确定出变幅杆的最优结构。     

指数型超声变幅杆有限元分析与试验

针对传统解析法设计的变幅杆不能直接运用于超声振动系统,变幅杆结构需要修正的问题,采用有限元分析的方法对指数型超声变幅杆进行了优化设计,确定出变幅杆的最后结构,使设计的变幅杆符合实际应用要求;依据设计制造了一批变幅杆,并进行了谐振频率测试。测试数据经统计分析后,其结果表明有限元分析法设计的变幅杆可以较好地满足使用要求。     

带轴锥齿轮超声研齿振动系统的设计与试验

为了满足带轴锥齿轮超声研磨加工的谐振频率要求,利用波动理论对不同结构的3种带轴锥齿轮的超声变幅系统进行谐振设计,建立了统一的谐振频率方程,并对位移放大系数和最大应力进行了比较。运用有限元方法,对由复合变幅杆和换能器组成的超声激励-变幅振动系统进行了模态分析和谐响应分析。最后对超声振动系统进行了阻抗分析和频率测试。试验结果表明：实际超声振动系统的谐振频率为23.269kHz,与设计频率误差约1.17%,试验结果与有限元分析和理论分析结果基本吻合,验证了理论设计的准确性。     

一种新的大尺寸长条形超声塑焊开槽焊头的设计方法

提出了一种大尺寸长条形超声塑焊开槽焊头的设计方法,并对其进行了实验验证。首先将长条形焊头合理划分为若干单元,从而把结构复杂的开槽焊头的设计转化为结构简单的焊头单元设计;然后将焊头单元和考虑了耦合振动的等截面半波振子比较,利用等效机械阻抗的概念得出了焊头的频率方程;最后利用该方程研究了开槽数、槽宽度以及槽长度等因素对焊头振动特性的影响。按此方法设计加工了几组大尺寸长条形开槽焊头,实验结果表明焊头共振频率的实测值和理论值符合很好。     

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。     

基于等效电路法复合变幅杆的优化设计

采用等效电路法设计了一种新型的指数悬链线形复合变幅杆,运用等效电路理论得出了复合变幅杆的频率方程和放大系数的数学表达式,借助 MATLAB 软件解算出了新型复合变幅杆的谐振长度和放大系数,并对变幅杆的设计进行优化和有限元分析.结果表明,优化前后变幅杆的放大系数提高了１３.５％ ,为设计性能更优的变幅杆提供了思路.     

离心力对金属热切圆锯片固有频率的影响

利用有限元软件分析了旋转离心力对金属热切圆锯片固有频率的影响,结果表明:离心力使锯片的固有频率有所提高,对于低阶频率尤其明显,因此研究锯片声振特性时应考虑离心力对固有频率的影响。     

基于一阶剪切变形理论的CNTRC板的自由振动分析

基于Reissner-Mindlin一阶剪切变形假设（First-order shear deformation theory,FSDT）,考虑碳纳米管（Carbon nanotube,CNT）功能梯度材料的不均匀性,建立CNT梯度增强复合薄板结构的自由振动分析模型,模型中考虑了CNT增强体的分布形式、体积率、边界条件及结构的边厚比等因素对该复合薄板结构自由振动响应的影响。克服了经典板理论中不考虑剪切应力的缺陷,通过四边简支（Simply supported,SSSS）板的振动响应特征验证模型的准确性,利用所建模型对CNT梯度增强薄板结构进行了自由振动分析及模态分析。研究表明：CNT增强复合薄板结构的自振频率随着CNT体积率的增加发生几乎线性化的增长;不同的CNT分布形式对振动频率的影响：X型分布的功能梯度板的自振频率最大,O型分布的功能梯度板的自振频率最小,均一及V型分布的固有频率大小介于两者之间。边界条件对板振动形态的影响：由于四边固支（Clamped,CCCC）的边界条件比SSSS约束性更强,其对于边厚比的变化更灵敏,并且随着宽厚比值的增大,边界条件产生的影响越来越大。CNT增强体分布形式、体积率、结构边厚比及边界条件对复合薄板结构自由振动的频率及振动模态有显著的影响。     

独立悬架前横向稳定杆改进设计方法

独立悬架前横向稳定杆的改进设计,可采用经典的计算方法,但存在需已知受力大小等问题。采用计算自振频率的方法能直接根据结构参数得出加长后的前横向稳定杆的直径的改变量。以原型件和改动件的第一阶自振频率相等为标准,分别用理论计算和Ansys模态分析两种方法得出了一致性很好的结论。