纵-扭复合超声振动加工系统设计及频率简并研究

纵-扭复合超声振动加工技术在硬脆性材料的加工中受到越来越多的重视,针对该种需求,设计了一种纵-扭复合超声振动加工系统,基于有限元方法对该类系统普遍存在的频率简并问题进行了研究。利用数值解析方法设计出超声换能器和超声变幅杆,之后在变幅杆上做出螺旋槽,一部分纵向振动转换为扭转振动;以目标频率附近的纵、扭谐振频率尽量接近为原则,利用有限元软件分析系统的结构参数对纵、扭谐振频率的影响规律,实现频率简并;在此基础上对系统进行模态分析和瞬态动力学分析,结果表明系统可以实现纵-扭复合超声振动,验证了此种频率简并方法的有效性和实用性。     

卫星振动试验中固有频率"漂移"现象初步研究

本文针对卫星振动试验中的频率漂移现象进行了初步分析，通过试验数据对比、等效线性化模型模拟和单自由度非线性模型模拟计算，对随振动试验载荷烈度增加而导致的固有频率降低、模态阻尼增大的现象作了定性解释。认为是系统非线性因素所致。     

纵－扭复合振动夹心式压电超声换能器的研究

本文从纵振动和扭转振动的波动方程出发，结合复合振动换能器各组成部分在一维条件下，纵振动和扭转振动的等效网络，以一维声传输线理论为基础，推导出了复合振动换能器所满足的纵振动和扭转振动共振频率方程，通过合理地选择变截直的弯延指数β，从而设计出了同一长度下，纵振动的基波和扭转动的二次谐波可以共振的纵－扭复合振动换能器，并对影响弯延指数β的因素进行了初步的探讨。     

扭转振动压电超声换能器的研究

本文对夹心式复合结构压电超声扭转振动换能器进行了系统的理论研究，该换能器由两段金属真圆棒及切向极化的压电陶瓷圆片堆复合而成，文中首先研究了切向极化压电陶瓷细长管的扭转振动性，推出了其机电等效电路，并提出了压电陶瓷细长管截面扭转系数的概念。，     

纵－扭复合振动夹心式压电超声换能器的研究

本文从纵振动和扭转振动的波动方程出发，结合复合振动换能器各组成部分在一维条件下，纵振动和扭转振动的等效网络，以一维声传输线理论为基础，推导出了复合振动换能器所满足的纵振动和扭转振动共振频率方程，通过合理地选择变截面杆的弯延指数β，从而设计出了同一长度下，纵振动的基波和扭转振动的二次谐波可以共振的纵－扭复合振动换能器，并对影响弯延指数β的因素进行了初步的探讨。实验结果表明，理论计算与实验结果基本符合。     

预应力梁,板弯曲振动固有频率的研究

本文应用弹性动力学的理论，在一些基本假定的基础上对应力梁，板弯曲振动的固有频率进行了研究，提出了一种求解决实际工程中预应力梁，权在非中面受力，微弯状态下频率分析的一种实用方法，并在此基础上得到了梁，板在不同边界条件下频率的特征方程，通过与无预应力情况下的比较，分析了预应力及偏心距对梁，板弯曲振动固有频率影响的一般规律。     

一种圆锥形变幅杆弯曲振动固有频率的计算方法

提出了一种圆锥形变幅杆弯曲振动固有频率的计算方法。先忽略剪切变形和惯性矩作用,基于Euler-Bernoulli杆理论求解出固有频率初值,再计入二者的作用进行弯曲振动固有频率的修正。应用有限元分析法和模态实验测试对该方法进行了验证,理论结果与实验结果相吻合,误差在5%以内。基于该方法编写了程序,实现了弯曲振动变幅杆结构的主动设计。     

形状记忆合金纤维混杂正交对称铺层板的固有频率

形状记忆合金（SMA）混杂复合材料板是将有预应变的SMA纤维与普通纤维混杂单层内构成的。基于主动应变能调节（ASET）的概念,可实现对板的固有频率的调整。本文采用Galerkin法导出形状记忆合金（SAM）纤维混杂对称正交智能复合材料铺层板自由振动的频率的分析表达式。数值结果表明,SMA纤维的相变激发温度、体积含量、分布方式及其预应变对固有频率均有的影响,尤其是温度、SAM含量及其分布的作用更为显著,是结构振动控制的重要设计参数。     

金属杆中纵振动固有频率的研究

通过模态分析和实验测量，借助于瑞利近似理论研究了横向振动对两端自由的金属杆中纵波固有频率的影响，重点研究了直径对固有频率的影响．结果表明，横向振动使振动系统的惯性增加，从而导致了固有频率的降低．理论和实验结果都表明，同样长度的杆，截面增大固有频率降低。     

扭转振动超声变幅杆计算及其等效电路

在平面波近似条件下,对几种常用的扭转振动半坡变幅杆(截面极惯性矩变化规律为圆锥、指数及悬链线型)进行了系统的理论分析。导出了变幅杆的等效电路,得出了变幅杆的输入机械阻抗、共振频率方程及振幅放大倍数的数学表达式。文中理论分析及所得结果可作为设计或计算扭转变幅杆的理论基础和依据。     

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。     

纵振换能器式圆筒型超声电机振动特性的研究

以纵振夹心换能器式圆筒型超声电机为研究对象,对换能器的振动状态进行了分析,给出了换能器弯曲振动的产生原因;研究了耦生弯振对电机机电耦合系数以及圆筒中弯振行波质量所带来的影响,耦生弯振的存在使得定子模态特征频率偏离换能器谐振频率,并使得定子圆筒中的弯振行波产生了畸变。最后,提出一种采用换能器弯振激励圆筒径向弯振的模态组合方式。     

钛合金超声扭振铣削强度优化设计仿真

钛合金具有比强度大、热传导率低等特点,对其进行强度优化设计仿真,可以提高其切削加工性能。运用Abaqus软件建立了二维超声扭振铣削模型,并采用John-cook分离准则、任意的拉格朗日-欧拉(ArbitraryLagrange-Euler,ALE)网格划分方法和施加相应边界等条件,根据刀-屑的周期分离原理,确立了接触率与角速度、振动频率和超声振幅之间的关系。此外,采用单因素法依次改变角速度、频率和振幅,以此进行强度优化设计仿真。结果表明,切削力和温度均随角速度的增加而增加;振幅的增大使得切削力有所降低,而温度却有所上升;频率的变化对两者影响不大。并得出结论:给定参数范围内,影响切削力的权重依次为振幅、角速度和频率;影响温度的权重依次为角速度、振幅和频率。     

微型斜超声波电机的研究

提出一种新型微超声波电机——斜齿型微超声波电机。它是利用压电材料的逆压电效应，将交流电信号转变成定子表面超声频率的机械纵向振动，借助于定子表面的斜齿与转子的相互压紧，使斜齿端面质点产生椭圆运动，实现转子单方向旋转运动，该电机的驱动力矩较大、反向自锁力矩大、结构简单。文中将定子斜齿与转子接触分为三个阶段——接触黏着阶段、接触滑移阶段和分离阶段，建立定子斜齿与转子耦合的非线性动力学模型，并对其进行仿真研究，分析电机的瞬态响应特性及主要结构参数对电机机械特性的影响；最后，研制了尺寸为乃10的斜齿型微型超声波电机，经过实验表明，电机的堵转力矩可达10mN·m以上，空载转速达到840r／min以上，连续运转性能良好。     

基于HHT的超声电机噪声源分析

对超声电机的噪声信号做希尔伯特一黄变换(HHT)，发现噪声中从始至终都含有10kHz左右的成分。在分析了电机运动机理后，以转子为对象建立碰撞摩擦模型，从系统的加速度响应中，同样分解出10kHz左右的成分。说明系统运动非线性产生的分数次谐波，是诱发噪声的直接原因。对定子作有限元分析，得到定子的一阶模态频率为10．74kHz，与噪声频率非常接近，表明分数次谐波激发了定子共振，为噪声输出提供了能量源。为了降低噪声，可以考虑降低定子、转子的碰撞强度或改进定子、转子的结构。     

超声电机定子热机电耦合特性

应用于极端环境的超声电机会受到温度场、应力场和电场的共同作用,定子在热机电耦合激励下的响应与电机工作特性密切相关.以行波型旋转超声电机为对象建立定子的能量泛函,采用假设模态的方法得到了热机电耦合动力学模型.运用有限元方法对热机电耦合作用下的定子进行仿真,分析了与理论计算结果的差异.建立了定子热扫频试验平台和热变形试验平台,测定温度对定子稳态形变、模态频率和振幅的影响,对理论模型的分析方法进行了评价.理论分析和试验结果揭示了超声电机定子在热机电耦合作用下的振动行为的变化规律,为下一步极端环境超声电机的设计和优化提供了依据.     

Effect of dynamic visco-elasticity on vertical and torsional vibrations of a half-space

By expressing the dynamic visco-elastic characteristic of a material in terms of the complex shear modulus, the vertical vibrations of a visco-elastic half-space as well as that of a mass in visco-elastic half-space are considered here. Torsional vibrations of a visco-elastic half-space is also considered. Numerical results are derived for two cases and shown graphically.     

纵弯复合多自由度球形超声电机的研究

摘 要：目前国内外对多自由度超声电机的研究和应用尚属探索阶段,出现了多种结构的多自由度超声电机。本文提出了一种新型单振子纵弯夹心换能器式超声电机结构,由单一驱动足产生多自由度振动轨迹,驱动球形转子作多自由度运动;对十字交叉换能器做了模态分析,对纵振和弯振做了模态简并;建立了驱动足的运动轨迹方程,并仿真分析了典型驱动方式下驱动足的振动轨迹;试验测试了样机转子绕X、Y、Z轴转动的速度与电压之间的关系和转矩与速度之间的关系,计算了相应情况下电机的最大效率;电机旋转方向与分析结果一致。
     

扭转振动压电超声换能器的研究

用声强技术检测区分板壳结构的空气传声与结构传声时，结构的辐射效率之差决定了检测结果的可信度，文中分析了实际结构的在声场激励下的实测辐射效率与无限大结构的空气传声辐射效率之差，及对区检测结果的影响。实验结果证实了理论分析。