微磨粒对超声空化冲击波衰减作用研究

目的 研究超声加工过程中微磨粒对冲击波的影响。方法 建立功率超声振动加工下的空化泡动力学方程,以及空化泡溃灭产生冲击波的数学模型,进而建立冲击波在微磨粒与水混合介质中的传播模型。使用六阶Runge-Kutta方法对数学模型进行求解,得到空化泡半径随时间的变化规律,以及空泡内部压强随空化泡半径变化的规律。结果 当空泡半径被压缩至1 μm左右时,空泡内部压强可达1 000 MPa。通过对距离空泡壁1.5R0处的冲击波压力进行求解发现,冲击波的压力仅需0.07 μs就可从初始的1 000 MPa迅速衰减至80 MPa。通过比较纯水介质与混合介质(SiO2微磨粒与水)中冲击波传播速度的结果发现,加入SiO2微磨粒会使冲击波的最大速度由2 976 m/s降至2 681 m/s,降低率约为10%。通过钛钽合金的功率超声振动加工实验验证了数值结果。对比分析了加入SiO2微磨粒前后钛钽合金表面结构和三维表面形貌,发现微磨粒的加入导致材料表面空化坑的投影面积下降了12.5%。结论 证实微磨粒对冲击波的传播起到了明显的衰减作用,是对材料表面产生作用的主要因素。该研究在超声加工领域具有理论意义和工程价值。     

塑料薄膜超声波焊接研究

利用4种不同厚度的PP薄膜进行超声热合实验,分别得到热合强度最高时相应的超声时间。对封合处的剖面进行显微观测,并对纸板进行同样的超声封合,发现在超声波作用时,材料间摩擦产生的热量是熔融材料实现焊接的主要原因。     

功率超声珩磨加工

针对功率超声珩磨加工,分析普通珩磨加工和超声珩磨加工的特点和原理,指出了该加工方法的应用前景.     

电火花线切割加工钕铁硼材料的研究

对电火花线切割加工N35材料的影响因素进行了研究,结果表明:随着加工工件厚度的增加,切割速度逐步降低;在同一工作液下,切割速度越快,N35表面就越粗糙;乳化液为工作液时的加工速度比煤油基工作液的加工速度大,但表面质量较煤油基工作液的差.通过电火花线切割加工N35永磁材料、45钢、AZ91D及AS31材料以及车削、铣削加工N35永磁材料的对比试验发现,与传统车削及铣削加工法相比,用电火花线切割加工钕铁硼永磁材料具有明显地优势.     

基于性能可调阶梯型变幅杆的超声波振子调谐研究

为减小超声波振子外接负载时其谐振频率漂移的幅度,使用机电等效电路法和COMSOL Multiphysics 5.3有限元仿真软件设计制造了一种基于性能可调阶梯型变幅杆的超声波振子。对该超声波振子的谐振频率进行有限元仿真和现场测试。以超声清洗机为例,搭建与其原理相似的试验装置,以不同液面高度的水作为变幅杆的外接负载,探究在不同外接负载情况下,调节连接在变幅杆处压电晶堆的调谐电感对解决超声波振子谐振频率漂移问题的有效性。试验结果表明：随着水杯中液面高度的增加,超声波振子的谐振频率整体呈上升趋势;通过在变幅杆的压电晶堆处外接调谐电感,超声波振子的谐振频率会得到一定的补偿,可重新回归到原始设定的谐振频率值附近。研究表明在使用超声波振子进行超声辅助加工时,该超声波振子对减小外接负载引起的谐振频率漂移幅度具有一定作用。研究结果可为超声波振子的调谐提供新思路和新方法。     

面向近红外成像超透镜的设计与仿真北大核心CSCD

由亚波长单元结构组成的超表面是近年来平面光学透镜的重点研究对象,而由超表面组成的平面超透镜与传统透镜相比,在相位调控、偏振操控、全息成像、负折射率隐身等领域有显著优势。鉴于平面超透镜的微型化、轻量化和易集成化等方面的优势,而传输型相位调控原理更加适于近红外波段的应用,且对入射光偏振态无特殊要求,本文采用时域有限差分方法(FDTD)设计并优化了一种硅基的近红外波段的超透镜。所设计的超透镜焦距为15μm,直径为20μm,所达到的数值孔径(NA)为0.56,聚焦效率为68.3%,适用于所有入射偏振且在目标波长为700 nm范围内聚焦性能优良。本文研究结果为实现近红外超透镜轻薄化和平整化提供了新思路,有望优化红外探测器镜头的设计,提高红外探测的效率。     

功率超声换能器的工程设计原理及方法

针对作者研究成功的一种新型的功率超声换能器， 比较详细地介绍了其工程设计原理及方法     

功率超声珩磨磨削区椭球状空化泡动力学模型及数值模拟

超声空化效应直接影响功率超声珩磨工件的表面质量、珩磨效率以及加工稳定性。基于能量平衡原理建立了磨削区椭球状空化泡动力学模型,采用MATLAB软件进行了数值模拟。从模拟结果可知:当不考虑液体介质的粘滞阻尼、时间滞后等因素时,单个椭球状空化泡动力学规律与球状空化泡类似,表现为类似于稳态空化的过程;珩磨压力、油石转速等磨削区特有的加工环境对近椭球状空化泡的生长和压溃影响较大。在数值模拟的基础上又进行了相应试验研究,证实油石表面超声空化泡的存在及功率超声振动珩磨磨削区的超声空化效应受到油石表面三维微观形貌影响。     

冗余驱动支链对3RPS并联机构刚度的改善

在考虑雅可比矩阵变化与动平台姿态偏移之间映射关系的基础上,基于螺旋理论和矢量微分法建立了3RPS并联机构末端位姿偏移与支链构件变形之间的映射模型。首先采用螺旋理论和矢量微分法分析了支链各构件刚度与整个支链刚度之间的关系,然后建立了3RPS并联机构的瞬时刚度模型,并分析了雅可比矩阵的变化对机构刚度的影响。对冗余驱动支链改善并联机构刚度的原理进行了分析,建立了冗余驱动并联机构的整机刚度模型。仿真分析和实验验证,冗余驱动支链确实能够改善并联机构的刚度。     

TC4钛合金快走丝线切割电参数影响研究

研究电参数对TC4钛合金快走丝线切割表面质量和加工效率的影响。采用双因素方差分析方法对脉宽和脉间的交互作用进行了分析,计算了总效应量,并对效应量进行了矫正,研究的结果表明脉宽与脉间的交互作用对TC4钛合金快走丝线切割表面质量和切割速度影响显著;从提高切割表面质量的角度考虑,可采用小脉宽和小脉间的参数组合或大脉宽和中脉间的参数组合;综合考虑切割表面质量和切割效率的角度,应采用大脉宽和中脉间参数组合。