基于有限元模型的超声切割刀优化设计

超声切割刀在材料加工领域中有广泛的应用前景,可用于切割各种复合材料等硬脆材料。该文利用ANSYS有限元分析软件建立超声切割刀的有限元模型,对其进行模态分析和谐响应分析。仿真结果显示,超声切割刀在40 kHz频率附近存在轴向纵振模态,其振动节点位于安装环和压电陶瓷中心线上,符合设计要求。基于有限元模型研制超声波切割刀,通过阻抗分析仪与激光多谱勒测振仪对换能器的固有频率与响应进行测试,获得的超声切割刀阻抗曲线平滑,谐振频率为40.261 kHz,设计误差为0.83%,最大振幅达到14.52 μm,结果与有限元计算相互吻合。     

超声手术手柄振动系统的有限元与实验分析

给出了有限元法求解压电耦合振动的原理，利用有限元软件ANSYS对手柄振动系统进行了模态分析和谐响应分析，得到了精确的纵振动振型以及刀头的振幅、系统振幅放大系数等结果。并分析了施加的电压、压电片数和阻尼对刀头振幅的影响。利用动态信号分析仪对手柄的谐振频率进行了测试，结果与有限元计算的谐振频率非常接近。     

热超声倒装键合换能系统多模态振动与有限元分析

研究了热超声倒装键合设备的核心执行机构——换能系统的动力学特性.利用激光多谱勒测振仪测试系统末端各方向的振动速度,发现系统以轴向振动为主,但受到其他非轴向振动的干扰.非轴向振动对芯片造成芯片倾斜、键合强度降低等负面影响.采用有限元方法对换能系统建模,仿真计算发现换能系统振动是各方向振动的耦合结果,且工作模态附近存在多种干扰模态.最后分析了系统多模态产生的根源并提出抑制方法.     

夹持环对换能系统振动模态影响的有限元分析

换能系统是热超声引线键合装备的核心部分,夹持环对系统起安装支撑的作用,其安装方式直接影响换能系统的能量传递与振动模态。利用有限元法分析了夹持环对换能系统振动模态的影响,结果表明,对夹持环未施加约束、施加z向约束时换能系统的夹持环会出现振动现象,而施加x向约束时,工作频率下的主振型完全不符合要求;改变夹持环的安装位置,对换能系统的节点位置及谐振频率都有一定的影响,实验测得在全约束情况下,换能系统的节点位置为58 mm,与分析结果一致;换能系统在工作频率附近包含有其他的振动模态,在键合过程中易被激发出来,由此消耗超声能量而降低芯片的键合质量,这些振动模态必须得到抑制。     

超声轴承用压电换能器结构设计与有限元分析

提出了一种超声轴承用新型径向挤压式压电换能器,对换能器的机电特性进行了有限元分析。明确了有限元建模方法,从模态分析角度分析压电换能器的谐振频率和径向最大振幅,依据模态分析结果对压电换能器的幅频特性进行谐响应分析,采用正交试验法对换能器结构进行优化设计,制作最佳结构压电换能器样机,并进行工作频率测试。实验结果表明,换能器径向振动谐振频率的有限元计算值与实验结果具有良好的一致性,证明了有限元计算的正确性,为超声轴承用压电换能器的设计研究提供重要价值。     

超声轴承用压电换能器结构设计与有限元分析

提出了一种超声轴承用新型径向挤压式压电换能器,对换能器的机电特性进行了有限元分析。明确了有限元建模方法,从模态分析角度分析压电换能器的谐振频率和径向最大振幅,依据模态分析结果对压电换能器的幅频特性进行谐响应分析,采用正交试验法对换能器结构进行优化设计,制作最佳结构压电换能器样机,并进行工作频率测试。实验结果表明,换能器径向振动谐振频率的有限元计算值与实验结果具有良好的一致性,证明了有限元计算的正确性,为超声轴承用压电换能器的设计研究提供重要价值。     

铸造用超声换能系统阻抗模型的研究

利用等效电路建立了铝合金铸造用超声换能系统的阻抗模型,在15～28 kHz范围内分析了常温和铸造条件下系统纵振频率和阻抗。在常温和铸造条件下,系统分别有2、3阶纵振频率;在铸造条件下,1阶频率对应的阻抗增加明显。利用Agilent4294A阻抗分析仪做了扫频测量,结果与此相符。     

超声拉拔振动系统研究

根据传统解析法、四端网络和有限元分析法综合设计了超声拉拔振动系统,利用有限元软件ANSYS对振动系统进行了模态分析和谐响应分析,得到了振动系统的振型、谐振频率和振幅放大系数。利用阻抗分析仪和工具显微镜对振动系统进行了测试。实验结果表明,理论设计、分析与实际情况符合良好,且此振动系统在超声拉拔实验中正常工作。     

基于有限元分析的推力矢量测试平台研究

重点介绍了一种压电石英式推力矢量测试平台。用有限元分析工具对测力平台模型进行静力学分析,并对测力平台的关键尺寸进行结构参数优化设计,以达到减少非线性和横向干扰的目的。实验结果表明:该测力平台具有良好的静态性能指标,灵敏度、线性度都达到了设计要求,直接输出的相间干扰在2%以内,可以满足推力矢量测量的需要。     

低频超声胸腔成像的有限元仿真模型

本文针对低频超声胸腔成像问题,在COMSOL平台上建立了一个低频超声胸腔的仿真模型,信号的激励-接收模式采用一个换能器发射、正对的七个换能器接收的方式进行,按顺序循环12次,来达到环形扫描的目的。仿真过程中,可以清晰地看到声压随时间变化的分布云图,还能各接收换能器阵列的声压数据作为获得信号矩阵。     

基于有限元方法的三维微动平台设计

为了获得结构简单、紧凑的三维微动平台,采用并联结构设计平台的新构型。首先,基于直角柔性薄板结构,对微动平台进行了结构设计,所设计平台既可实现x、y方向的平动,又可实现绕z方向的转动,且具有较大的工作台面;然后,采用有限元方法对微动平台的位移、应力等静态特性,以及模态、频率响应、阶跃响应等动态特性进行分析;最后,通过实验对所设计平台的静、动态特性进行了测试。结果表明:在120V的驱动电压作用下,平台沿x、y方向的最大位移分别为24.08μm和23.24μm,绕z方向的转角为139μrad;平台沿x、y方向及绕z轴的固有频率分别为2.25kHz,2.28kHz和4.01kHz;在50N的阶跃力作用下,平台沿x、y方向的稳态位移分别为2.40μm、2.45μm,响应时间约为2ms。     

Cymbal换能器的有限元模拟

采用有限元法和ANSYS5．7软件设计Cymbal换能器，并分析了前3阶振动模态。该方法解决了该换能器旋转对称面上存在跃变的应力、应变给设计工作带来的困难。结果表明：ANSYS的计算值与换能器的实测值相近。     

天线架优选结构形式的有限元分析

针对某课题天线系统的架高塔架结构设计，借助功能强大的I-DEAS软件的有限元分析功能，对优选结构形式进行探讨，使得设计出的产品安全、可靠而轻巧，有效地保证了设计质量与产品质量。     

圆盘超声电机准零刚度转子设计及其优化

该文针对长时间储存和高冲击环境导致超声电机正常工作预压力发生改变的背景,设计了一种受到外部环境扰动保持预压力恒定的准零刚度碟簧转子。借鉴了开槽碟簧设计思路,建立其参数化有限元模型。采用灵敏度分析选择主要设计变量,建立了在选定工作预压力附近准零刚度段最长的目标函数。利用有限元数值模型对该碟簧转子进行参数优化设计。结果表明,优化后的碟簧转子在正常工作预压力附近准零刚度段的长度达到0.6 mm,且在冲击环境下满足强度要求,最终通过实验验证了装配有该碟簧转子超声电机的输出特性良好。     

电容式微机械超声换能器封装设计

针对电容式微机械超声换能器(CMUT)封装材料阻抗匹配失衡,应力大及声波能量损失大等问题,设计了一种在水下10m透声性能好、弯曲形变小的聚氯乙烯封装结构。依据透声理论和材料属性,计算封装结构参数。利用COMSOL Multiphysics 5.0建立封装结构三维有限元模型,通过模态分析和静态分析分别得到封装结构的固有属性和水下机械性能。封装结构的一阶共振频率为792.47Hz,不会对CMUT 400kHz的工作频段产生干扰。利用压力平衡装置保护水下系统安全性,水下10m最大形变为1.12mm,最大应力为14.4 MPa,未超过聚氯乙烯的弯曲强度。实际测试声压与理论值最大误差为4.8%,物距测量误差为1mm,设计的CMUT封装结构满足设计要求。     

多向复合超声换能器有限元分析与试验

超声换能器是微电子封装技术的核心执行元件,为解决传统一维纵振超声换能器键合效率低、键合面不均匀及键合点不牢靠等问题,采用ANSYS仿真软件建立换能器有限元模型进行模态分析及谐响应分析,设计了一种可同时实现轴向纵振、水平弯振及竖直俯仰振动的40 kHz多向复合夹心压电式超声换能器。其中,压电部分由整圆环和可单独激励的1/4圆环陶瓷片组成。利用阻抗分析仪实物测试,得到换能器纵振、弯振及俯仰振动的阻抗-频率特性曲线。结果表明,测试值与仿真值基本一致,且结构性能参数均符合键合要求,验证了该结构的合理性。     

基于单片机的超声波测距系统的研究与设计

超声波测距是一种有效的非接触式测距方法。文中分析研究了超声波测距的原理,设计了一款基于单片机AT89S52的带有温度补偿和显示报警功能的超声波测距系统,并对该系统的硬件组成和软件控制流程中的关键点进行了详细阐述。最后还对系统的测量范围、精度和可靠性等进行了测试,分析了误差产生的原因,并对系统的完善提出了一些改进建议。