楔形超声切割刀的等效电路模型及其工程设计分析

为优化楔形超声切割刀的工程设计理论,基于变截面弹性体的波动方程,推导了楔形超声刀的等效电路模型。利用等效电路法、有限元法分别计算了楔形超声切割刀的谐振频率和放大系数,根据计算结果设计并制造了相应的实验样品。测试了实验样品的谐振频率、位移放大系数等关键参数。结果表明：楔形超声切割刀的等效电路为非互易二端口等效网络,共振频率的理论计算结果与实验测试结果之间的相对误差小于5%,等效电路法、有限元法和实验测试所得楔形超声切割刀的共振频率和放大系数结果一致。楔形切割刀的有效机电耦合系数随着纵向尺寸的增大而减小,其位移放大系数随着纵向尺寸增大而增大。研究结果为楔形超声切割刀的工程设计提供了简明理论和设计模型。