基于超声振动加工的阶梯形变幅杆焊头设计与性能分析

超声变幅杆是超声振动复合加工工艺中超声振动系统的重要部件,在塑料超声波焊接加工中,常常把变幅杆与焊接工具设计在一起,即业内通俗说的超声波变幅杆焊头。该文结合实际应用情况,通过理论计算得到阶梯形变幅杆焊头的几何模型,并基于Ansys Workbench分析软件对阶梯形变幅杆焊头进行模态分析和谐响应分析,获得了阶梯形变幅杆放大系数、截面突变处的过渡圆弧与最大应力的变化规律,为阶梯形复合变幅杆焊头的设计提供了参考,优化设计的阶梯形变幅杆焊头工作性能得到大幅度提升。     

余弦形过渡段阶梯形变幅杆研究

推导出余弦形单一超声变幅杆的等效四端网络参量.基于传递矩阵法,得到了具有余弦形过渡段阶梯形变幅杆的频率方程和振幅放大系数.在对前后段相等的这种复合变幅杆分析后发现,用余弦形变幅杆作阶梯形变幅杆的过渡段,可以得到较好的效果.     

悬链线形变幅杆的理论研究和有限元分析

根据一维变截面杆纵向振动的波动方程,推导了悬链线形变幅杆的等效电路,由等效电路得出了其纵向振动的频率方程.利用有限元软件ANSYS对一组悬链线变幅杆进行谐响应分析和模态分析,得到了位移-频率曲线和共振频率；结果表明,模态分析值与理论值吻合很好.这对悬链线形变幅杆的实际应用具有一定的参考意义.     

APDL语言优化设计复合超声变幅杆

为得到大振幅比的复合型变幅杆,研究了优化设计的方法.以窄端带有圆锥杆复合指数形变幅杆为例,在给定谐振频率和变幅杆大端及小端直径条件下,以谐振长度为设计变量,谐振频率为状态变量,放大系数为目标函数进行APDL语言优化设计.以得到的最佳设计序列,与传统解析法和程序结合的优化设计方法进行比较.结果表明,有限元优化方法与传统解析优化法得到的最大放大系数值相同.文章提供了一种有限元优化设计变幅杆的方法.     

大振幅比直孔型指数形变幅杆

为了降低直孔型指数形变幅杆加工成本,满足应力加载下的实际应用并追求大的放大系数,提出了用螺栓连接的直孔型指数形变幅杆.推导并计算了变幅杆的频率方程和放大系数;有限元法分析了在谐振状态下,螺栓连接的直孔型指数形变幅杆的位移和应力分布曲线.结果表明,在谐振频率和外形几何尺寸相同时,螺栓连接的两段直孔型指数形变幅杆的放大系数比实心变幅杆大,比直孔型指数形变幅杆略小,且应力曲线基本光滑,可以用于实际的超声加工.     

基于有限元方法的阶梯形超声变幅杆设计及优化

超声变幅杆是功率超声振动系统中的重要组成部件.本文在三维建模的基础上对阶梯形变幅杆进行了模态分析与谐响应分析.对阶梯形变幅杆的轴向应力分布情况的分析表明,在大端和小端的连接处变幅杆受到的应力最大,容易出现疲劳断裂.最后,本文用有限元法对带工具的变幅杆进行了优化设计.优化的结果表明,随着阶梯形变幅杆过渡圆弧半径的增大,振动的固有频率也随之增加,同时变幅杆最大应力分布向小端移动,且最大值变小.这表明增大过渡圆弧半径可以达到阶梯形超声变幅杆的目的.     

1/2波长复合形变幅杆的有限元分析

为了改善变幅杆的某些性能,如增加放大系数,提高超声波加工材料去除率,该文探讨了1/2波长复合形变幅杆。运用有限元软件对变幅杆进行动力学分析,包括模态分析和谐响应分析,获得了若干重要参数,如共振频率、位移节点和放大系数等。从模态分析中可以得到变幅杆的纵振频率为19 769 Hz,放大系数为2.27。研究结果为超声变幅杆的设计、校核和分析提供了一种新的方法。     

幂函数超声变幅杆理论研究与模态分析

依据变截面杆纵向振动波动方程，给出了幂函数形变幅杆的频率方程及重要参数计算公式，并与其他类型变幅杆进行比较．结果表明，幂函数变幅杆具有与指数形变幅杆相同的放大系数，与阶梯形变幅杆有相同的谐振长度，且这种变幅杆不存在截止频率．用有限元软件Ansys进行模态分析表明，幂函数形变幅杆共振频率的模态分析值与一维理论值吻合．     

圆锥过渡复合变幅杆动力学特性研究

为了改善变幅杆的形状因数,增加放大系数,用解析法设计了一种圆锥过渡复合变幅杆,计算了它的动力学参数。在此基础上,用ANSYS软件对变幅杆进行动力学分析,求得了对应的动力学参数,并用实验测得了这些参数。通过对比分析,说明了用ANSYS设计变幅杆的可行性,同时给出了变幅杆有限元分析及动力学实验的技术路线,为截面形状复杂的复合型变幅杆设计提供了一种有效的方法。     

余弦形超声变幅杆的改进

推导了改进的余弦形超声变幅杆的频率方程、各参数的计算公式以及等效四端网络传输矩阵参量，并与其它类型的变幅杆进行比较．结果表明，余弦形变幅杆具有和指数形变幅杆相同的放大系数和频率方程，同样可作为单一变幅杆使用．     

以ANSYS进行扭振超声变幅杆振动特性分析

运用ANSYS有限元软件分析了指数型扭振变幅杆的振动特性,所反映的固有频率、振型、位移节点、放大系数等一些重要参数以及它对外部激振力的响应与传统理论方法的结果相当吻合。     

复合超声纵振型变幅杆的简化设计

传统设计复合纵振变幅杆的方法是利用各形状函数杆之间的位移和力连续的边界条件，确定方程中的待定系数，导出频率方程，利用各形状函数分界面之间机械阻抗相等的方法设计复合纵振变幅杆，可简化设计，物理意义明显，这种方法也适用于复合扭振变幅杆的设计。     

1/2波长复合变幅杆的数值设计

为改善超声加工中变幅杆的某些性能,如提高放大系数等,需设计1/2波长复合型变幅杆。在传统变幅杆理论基础上,提出了一种复合变幅杆的数值设计方法,不需要进行繁琐的公式推导即可方便地计算得到复合变幅杆的固有频率、节点位置、位移曲线、放大系数等参数。计算结果与传统设计方法及有限元分析结果进行了比较,三者非常吻合,表明了数值设计法的可行性和有效性,为复杂的复合变幅杆设计、分析提供了一种新的方法。     

复合梁结构的刚度分析及模态计算

就复合材料包覆钢筋混凝土 (FRP -RC)梁及其框架结构的模态分析进行了初步的理论和应用研究 .具体是采用非经典理论推导出FRP -RC复合梁的抗弯、抗剪刚度 ,然后提出结合ANSYS软件的FRP -RC结构有限元模态分析方法 .这一方法以单根梁及单层单跨框架为算例 ,与ANSYS软件三维实体单元的计算结果进行了比较 .结果表明方法简便易行 ,且精度高 ,速度快     

基于ANSYS的复合材料蜂窝结构可靠性分析

对有限元分析软件ANSYS的概率分析功能做了简单的介绍，还介绍了复合材料蜂窝结构受热载荷分析的方法，提出了利用ANSYS概率分析功能对复合材料蜂窝结构进行可靠性分析的方法，分析了各种随机变量对应力的影响，通过一个具体的实例说明了用ANSYS概率分析功能实现对蜂窝结构在受热载荷下可靠性分析的可行性．对复合材料蜂窝结构可靠性分析具有参考意义．     

增强热塑料管电熔接头有限元静力分析和结构优化

在ANSYS系统中建立40G150P/A×2型增强热塑料管电熔接头有限元分析模型,利用ANSYS提供的复合材料分析方法和参数化建模语言,考虑了材料的非线性、接触等问题,建立增强热塑料管电熔接头静力学分析模型,利用计算结果对构件的强度和刚度进行判断,分析了结构的薄弱环节,并根据分析结果通过对管体复合材料叠层结构的优化,实现对结构的优化。     

超声波加工工具对复合变幅杆谐振性能影响

基于变截面杆纵振动的波动方程，推导出安装简单工具双曲过渡形复合变幅杆频率方程和放大系数的一般公式，并讨论了超声波加工工具对复合变幅杆谐振性能的影响．随着工具长度和直径的增加，变幅杆谐振频率下降，应根据工具尺寸相应调整复合变幅杆末端长度，才能保证更好的谐振．推导出的一般公式为超声变幅杆及其工具的设计和使用提供了理论依据。     

地铁车站叠合墙抗渗防裂混凝土配合比优化与应用

针对地铁车站叠合墙的开裂渗水问题,为提高混凝土抗渗防裂性能,开展混凝土配合比设计优化.首先,基于混凝土配合比设计规程,对混凝土配合比中多个因素进行正交试验设计法筛选,并对混凝土的粗骨料级配进行优化.然后,选择绝热温升最低的混凝土配合比,掺入混凝土外加剂DHZ复合液,经混凝土和易性试验,确定外加剂最佳掺量,得到混凝土最优配合比.最后,开展混凝土性能试验与地铁车站叠合墙裂缝现场监测分析.结果表明:经配合比优化并掺入DHZ复合液的混凝土能够减少大体积混凝土裂缝的产生,具有良好的抗渗防裂能力.     

复合地层隧道稳定机理及量化评价研究进展

隧道工程向深部推进,遇到两种或两种以上力学响应具有显著差异的岩土层组合形成的复合地层。工程实践发现,缺乏复合地层隧道的科学设计和施工方法。因此,针对复合地层隧道开展系统研究以提出科学的设计方法是确保此类隧道施工和运营安全的必要前提。对复合地层隧道渐进破坏机理、复合地层隧道围岩分级方法、复合地层隧道稳定性评价和复合地层参数空间变异性的研究现状、存在问题和发展趋势进行了归纳和总结,并提出复合地层隧道设计方法的研究基础是隧道的渐进破坏机理。