幂函数剖面环形超声聚能器的振动特性及其仿真分析

对剖面厚度按幂函数变化的环形超声聚能器的径向振动特性进行了理论分析.基于机电类比原理,推导出环形聚能器径向振动的机电等效电路及其共振频率方程,给出了其位移振幅放大系数的表达式;探讨了聚能器第一、第二阶共振聚能器位移振幅放大系数及共振频率与其半径比的关系.计算表明:聚能器基频随半径比增大而降低;而第二阶共振频率随半径比变化存在一极小值.此外,振幅放大系数随幂次n增高而增大;第二阶共振具有更高的振幅放大系数.有限元仿真结果与理论吻合.     

n次幂变厚度环形超声聚能器径向振动特性

对剖面厚度按n次幂函数变化的环形超声聚能器的径向振动特性进行研究.基于机电类比原理,推导出环形聚能器的径向振动机电等效电路及其径向共振频率方程,给出了聚能器的位移振幅放大系数表达式,探讨了第1、2阶共振聚能器位移振幅放大系数及共振频率与其半径比的关系.计算表明,聚能器基频随半径比增大而降低,而第2阶共振频率随半径比变化存在1个极小值.此外,振幅放大系数随幂次n增高而增大,第2阶共振具有更高的振幅放大系数.有限元仿真结果与理论相吻合.     

电压和压力载荷下圆形薄膜压电驱动器形变分析

薄膜压电驱动器驱动均匀气体压力载荷时具有不同的形变特征.根据基尔霍夫薄板原理,采用最小能量法和里兹法建立了圆形薄膜压电驱动器耦合均匀压力载荷条件下的静态形变模型.分别在电压驱动、压力驱动以及电压与压力共同驱动条件下,实验测试了驱动器的形变特征,并与计算模型对比,发现最大相对误差在9.3%以内,验证了模型的可靠性.基于建立的形变模型,分别讨论了驱动器压电层与弹性基层的半径比和厚度比对驱动器形变的影响,分析了均匀压力载荷条件下驱动器的形变特性.结果表明,薄膜压电驱动器存在最佳的半径比和最佳的厚度比,并且在均匀压力载荷下,驱动器半径比低于0.71时会明显导致驱动器的边缘处出现反向形变,不利于驱动.     

轧制界面非稳态油膜润滑特性

以流体力学理论、轧制理论及Hill的特性曲线微分方程解法为基础,建立了轧制界面考虑入口板带厚度、轧辊半径发生波动下非稳态油膜厚度分布动力学模型,提出了油膜波动系数来反映界面油膜厚度绝对波动,并进行了相应的仿真分析.结果表明:非稳态条件下轧制界面油膜厚度分布性态会随时间不同而发生变化,不同时刻最小油膜厚度也会发生变化;界面油膜厚度的绝对波动会随着入口板带厚度、轧辊半径非均匀程度加剧而变大,而入口板带厚度、轧辊半径的变化频率对界面油膜厚度的绝对波动影响较小.     

C19400铜合金带材折弯性能分析

对冷轧态不同厚度C19400铜合金带材进行不同弯曲半径90°V形折弯,测量了折弯后的回弹,观察了折弯后带材外表面形貌.借助金相显微镜分析了带材折弯前后的微观组织.研究结果表明:厚度相同时,回弹量随着弯曲半径的增大而增大;弯曲半径相同时,回弹量随厚度的增大而减小.当带材厚度较薄(<0.5 mm)时,在不同弯曲半径下折弯,...     

变直径冻结管冻结温度场发展规律数值分析

运用有限元软件建立了三维数值模型,并针对变直径冻结管冻土壁温度场的发展和分布规律进行了研究.数值计算表明:在30天到40天时强弱区的最终冻土厚度均为0. 5 m,其中,弱区的最小半径为0. 03m,冻土厚度达到0. 5 m,半径未达到0. 03 m时,冻土厚度无法达到要求;强弱区交界处的冻土厚度并不受强弱区域的影响,其冻土厚度保持在0. 5 m.所得结果可为今后类似的工程设计提供理论依据.     

幂函数剖面薄圆环振子的扭转振动特性

对剖面厚度按幂函数变化的薄圆环振子的扭转振动进行了理论分析,导出了其等效电路;进而由等效电路得出了扭转振动频率方程及共振频率表达式;探讨了环形振子第1、第2阶共振频率及角位移放大系数与其半径比的关系;给出了薄圆环振子第1、第2阶共振频率及放大系数与其半径比的拟合关系曲线．通过有限元（FEM）模态的分析,表明理论结果与FEM仿真结果吻合,对环形扭转振子的工程设计具有参考价值．     

一种新型径向复合压电陶瓷超声换能器径向振动特性研究

研制了一种新型径向复合压电陶瓷超声换能器,并对其径向振动特性进行了理论及实验研究.该换能器由一个厚度方向极化的压电陶瓷薄圆环及一个金属圆环组成.对压电陶瓷圆环和金属圆环的径向振动分别进行了分析,得到了各自机电等效电路.在此基础上,利用换能器径向力及径向振动速度的连续条件,得出了压电陶瓷径向复合超声换能器机电等效电路及其共振频率方程.分析了换能器的共振及反共振频率、有效机电耦合系数与其几何尺寸之间的关系.结果表明,在换能器压电陶瓷圆环内外半径保持一定情况下,换能器半径比增大时,共振及反共振频率随之增大.对于换能器第一阶径向振动,其有效机电耦合系数随半径比增大单调增大,而第二阶径向振动有效机电耦合系数随半径比增大单调减小.     

径向复合功率合成超声振动系统

对径向复合功率合成超声振动系统进行了研究.该系统由纵向超声换能器与变厚度剖面圆盘径向耦合而成.基于机电类比原理,推导出系统的楔形剖面圆盘径向振动等效电路及其共振频率方程,并得出其位移振幅放大系数的表达式,给出其第1、第2阶径向共振模式下振幅放大系数与其半径比的关系;探讨了圆盘振子第1、第2阶径向共振频率随其半径比的变化关系.理论及有限元结果表明：圆盘的位移振幅放大系数存在一个极大值,其第2阶共振模式比基频具有更大的振幅放大系数.对合成系统的共振频率进行测试,结果表明,理论与实验结果吻合较好.     

径向开槽薄圆环振子径向振动分析

为研究径向开槽圆环的径向振动特性,基于机电类比原理,建立了开槽圆环的径向振动等效电路,并得出其共振频率方程,探讨了圆环第1、第2阶共振频率及振幅放大系数与其半径比的关系.结果表明:圆环第1阶共振时振幅放大系数随半径比的增大而增大,第2阶共振时振幅放大系数随半径比的增大而下降;其共振频率随半径比的增大而单调上升;理论与有限元数值仿真结果基本一致.     

环形薄圆板的非线性振动分析

为研究环形薄圆板非线性振动特性，用伽辽金法消除动态卡门偏微分方程的残值，推导出了环形薄圆板的受迫振动控制方程，即硬弹簧型达芬方程；用KBM法求解达芬方程，定性地探讨了边界条件、阻尼比、外激振力和内外半径比对环形薄圆板振动的影响，得到了4种边界条件下共振时激起的振幅均随半径比或阻尼比的增大而减少的结论；取外激振力作为控制参数，进行理论分析和数值仿真，发现随着外激振力的增大，动力系统从围绕1个焦点的周期运动转变成围绕2个焦点的周期运动．结果表明非齐次项(即外激振力项)不会导致动力系统不稳定．     

功能梯度材料圆(环)板的屈曲分析

基于经典板理论,推导了功能梯度材料圆形板在边界面内均布压力作用下的轴对称屈曲方程.假设功能梯度材料性质沿板厚度方向按成分含量百分比的幂指数形式连续变化,用打靶法求解所得方程,得到了功能梯度材料圆(环)板的临界屈曲载荷,并分析了材料的梯度性质、内外半径比以及边界条件对板临界载荷的影响.     

环向正交异性变厚度圆板非线性分析渐近法

本文提出了解决环向正交异性变厚度圆板非线性静、动态分析的另一种渐近方法。方法的实质是在板的应变能中引入一新参量 I_e,得到了一组以 I_e 进行简单耦合的控制方程。通过迭代或迭代-变分方法求解方程,得出环向正交异性变厚度圆板的一般非线性运动方程和非线性振动相对周期的近似表达式,将所得的部分数值结果与现有结果相较,证明本文结果精度是满意的。     

Mindlin板弯曲和振动分析的高阶杂交应力四边形单元

基于Mindlin板理论提出了一种高阶八节点杂交应力四边形单元.该单元不仅能通过零剪力分片检验,而且能通过非零常剪力增强型分片检验.单元边界位移插值采用任意阶Timoshenko梁函数,对不同厚跨比的四边简支、固支方板,以及圆板进行了弯曲和自由振动分析,数值结果表明无论对薄板还是中厚板,该单元均是准确和有效的,并且具有几何不变性.     

Non-resonant structure design of catenary transformer in ultrasonic gear honing

To solve the design problem of transformer composed of non-resonant structure in ultrasonic gear-honing, force coupling conditions for moderately thick annular plate (MTAP) and catenary horn are proposed, and the frequency equations of the transformer, which consist of an MTAP and a catenary horn, are derived based on Mindlin’s theory. The design parameters of the transformer were obtained by solving the frequency equations with the help of MATLAB, and its mode and frequency were deduced by the modal analysis of finite element method (FEM), which are consistent with the theoretical design demands. The transformer design can be extended from system with thin annular plate to that with MTAP as the theoretical method by the simulation analysis of various ratios of the thickness to radius.     

环板横向振动分析的三结点有限单元法

构造了三结点六个自由度的环形单元 ,然后采用有限元法计算了中间有环形简支的各向异性环板在各种边界条件下的轴对称横向振动频率。计算表明此种有限单元法效率高和收敛性好 ,可以方便地计算环形简支处在板的不同位置处的各向异性环形板的振动频率及振型。所计算出的前几阶固有频率与目前常用的Rayleigh法计算结果相比 ,更为简便精确     

多阶梯圆盘辐射阻抗的计算与分析

根据频率方程设计弯振阶梯圆盘时,若盘的工作频率一定,其基底厚度和半径可以有多种变化.为提高辐射效率,希望辐射阻尽可能大.作者利用叠加法,以二阶梯圆盘为例,推导出多阶梯圆盘辐射阻抗的计算公式,计算了阶梯数目一定时,相对辐射阻抗与基底厚度的关系,也计算了基底厚度一定时,相对辐射阻抗与阶梯数目的关系.结果表明,基底厚度越大、阶梯数目越多(对应的半径也越大)的阶梯盘,其相对辐射阻越大,但辐射抗的变化规律并不明显.     

弯曲振动薄圆盘的最佳尺寸设计

弯曲振动圆盘在空气强功率超声领域方面应用广泛.对于给定的工作频率,弯曲振动薄圆盘的半径和厚度的选择存有多种,哪一种才是辐射效率最高的设计方案呢？作者从弯曲振动薄圆盘的振动特性出发,推导了弯曲振动圆盘在自由、固定和简支边界条件下模态声辐射效率的表达式.利用高斯数值积分,计算了前四阶振动模态下弯振圆盘的模态声辐射效率,得到了圆盘在给定激励频率下某一固定模态振动时的最大声辐射效率及圆盘在此状态时的尺寸,这个尺寸就是最佳设计尺寸,为弯曲振动辐射薄圆盘和阶梯圆盘的设计提供了参考.     

薄环板与扁薄锥壳组合结构在横向载荷作用下的非线性振动

从弹性壳体的无量纲控制方程出发,研究了一类薄环板与扁薄锥壳组合结构在横向均布载荷和温度载荷作用下的大挠度非线性振动问题.采用打靶法对周边固定的问题进行了数值求解,分析和讨论了组合结构的固有频率与外载荷、锥底和环板半径比例、扁壳锥度的非线性关系以及结构刚度的变化.     

基于Mindlin理论新型阶梯环型变幅器弯曲振动特性研究

阶梯型辐射体具有辐射面积大、辐射效率高等优点,在大功率超声领域被广泛应用。在高频大功率声辐射条件下,薄盘的机械强度明显不足;因此应考虑用厚板。从声学工程力学应用角度研究,基于Mindlin理论推导了新型阶梯环形变幅器自由边界条件下的弯曲振动频率方程;并对频率方程进行数值求解和有限元模拟及实验测试;同时还研究了各结构参数及材料对变幅器频率的影响。结果表明,自由边界条件下,有限元模拟结果与厚板理论计算结果都比较接近实验测试结果,误差较小。当其他参数一定时,在厚板范围内,前三阶频率随圆盘基底厚度、圆盘厚度的增加而增加;随内半径和外径的增加减小;随阶梯半径的增大而增大。所取材料的前三阶有限元模拟频率与厚板理论计算结果误差较小,其中45号钢频率最大,而铜频率最小,铝频率居中,研究结论对大功率阶梯型辐射体及辐射器的设计和应用提供理论参考和频率调试依据。