具有大振幅放大系数的倒锥形变幅杆

发布时间：2025-06-27 02:57

　　 有些超声处理的应用中,为了使处理范围大、效率高,希望变幅杆有大的输出面积,但小端面输入大输出面变幅杆的放大系数往往小于1。为了满足实际加工中振幅放大系数与应力的要求,提出了一种前端开横向矩形通孔的倒锥形变幅杆。计算了输出端面位移分布规律与平均放大系数,放大系数大于同尺寸的实心变幅杆。研究了孔的几何尺寸对杆放大系数及谐振频率的影响。进一步将变幅杆的平均放大系数作为目标函数进行了优化设计,得到了大放大系数变幅杆的最优开孔尺寸。把优化后变幅杆的四个直角改为了弧形角,减小了(横向)、避免了(纵向)应力集中,该研究对此也进行了分析。

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【部分图文】：

图1 变幅杆的结构示意图

一般的倒锥形变幅杆如图1(a)所示,在其前端开一个横向矩形通孔后的倒锥形变幅杆如图1(b)所示。两种变幅杆的输入、输出端面积及长度都相同。在实心倒锥杆的前端加工一个横向矩形通孔,开孔的长度、宽度以及离输出端面的距离分别用a,b和t来表示。变幅杆的长度为L,输入端面直径为D1,输出....

图2 两种变幅杆振型图

利用有限元软件建立实心倒锥变幅杆与所设计的新型变幅杆的三维模型。仿真计算得实心倒锥杆与横向矩形孔变幅杆振型图如图2所示。模态分析结果可知,实心倒锥杆的纵振谐振频率为20204Hz。前端开横向矩形通孔之后变幅杆的纵振谐振频率变为20477Hz。

图3 输出端面位移分布曲线

由图3可看出,输出端面x方向上中心位置位移小而边缘位置位移大,在输出端面y方向上位移分布正好相反。可见,该变幅杆谐振时输出端面呈现弯曲状态,端面位移分布不均匀。2.3放大系数

图4 谐振频率随开孔尺寸变化

研究了孔长度a、宽度b和孔离输出端面距离t三个关键尺寸对该变幅杆平均放大系数的影响。在保持变幅杆其它结构尺寸和材料参数等因素不变的情况下,改变其中一个关键尺寸。建立不同结构参数的三维模型,计算得到平均放大系数的变化曲线如图5所示。图5平均放大系数随开孔尺寸变化

本文编号：4053695