夹角型纵振变幅杆的有限元设计

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1、第!!卷!第"期陕西师范大学学报!自然科学版"#$%&!!!'$&"!()"*年"月+$,-./%$012//.34'$-5/%6.478-94:;!'/:,-/%1<48.<8=>4:4$."+/.&#()"*!文章编号!"*?(@!(A""()"*#)"@))DA@)!!"#!")&"BACD"E&<.F4&E9.,&()"*&)"&("!夹角型纵振变幅杆的有限元设计张海岛!贺西平2#陕西师范大学物理学与信息技术学院%陕西西安?")""A$摘!要!对夹角型纵振动变幅杆进行了有限元设计#计算了不同尺寸变幅杆纵振动谐振状态下的放大系数与纵振动位移分布$结果

2、显示&放大系数主要受变幅杆输入杆与输出杆的长度及半径的影响#输入杆与输出杆间的夹角对放大系数影响不大$而纵振动位移分布与节点位置则受角度影响较大$加工了B个不同尺寸变幅杆并利用激光测振仪测量其振型与纵振动放大系数#测试显示纵振动可由输入端传递至输出端上#放大系数测试结果与有限元计算一致$关键词!夹角%变幅杆%有限元%放大系数%位移分布中图分类号!]!(*&(!文献标志码!LY*3#0%"+-%0.*!."%0#,/!#%-.1"(%7#,1+#%#,**.*&*%,&*,1"!2^dL'Od/4>/$%d=P4T4.H#1<2$$%$0K2;94<9/.>

3、N.0$-5/:4$.J8<2.$%$H;%12//.34'$-5/%6.478-94:;%P4a/.?")""A%12//.34%S24./$$23,(-4,!L/.H%8>%$.H4:,>4./%2$-.494.789:4H/:8>:2-$,H204.4:88%858.:58:2$>&J28/5T%404@>49T%/<858.:>49:-4V,:4$.9$0:282$-.9/-8/::284--89$./.:0-8b,8.@<;$0%$.H4:,>4./%74V-/:4$.&J28

4、>-89,%:992$U:2/:/5T%404V;:28%8.H:2/.>-/>4,9$0:282$-.%U28-8/9:28/.H%8$0:282$-.T%/;9/%4::%8-$%8&J28%$.H4:,>4./%>49T%/<858.:495/4.%;>8T8.>8>$.:28/.H%8$0:282$-.&B>4008-8.:/.H%8>2$-.9/-85/.,0/<:,-8>/.>:284-74V-/:4$.5$>89/.>/5T%404V

5、;83T8-458.:U4:2K$%;:8<94./%74V-/:4$.499,<<8990,%%;:-/.9@08--8>:$:28$,:T,:T$-:974/:28/.H%8>2$-./.>:28:83:7/%,89$0/5T%404U4:2:2804.4:88%858.:/%-89,%:9&5*67"(!3!/.H%8(9$%4>2$-.(04.4:88%858.:58:2$>(/5T%4044

6、9T%/<858.:>49:-4V,:4$.R$?M!!D&DC&[.!!超声变幅杆以增加机械波能量密度的方式实现传算法与有限元结合%分别提出了贝塞尔曲线型变超声振动的放大%是超声振动系统的关键部件%在焊幅杆与Y样条曲线型变幅杆%两种变幅杆与同尺寸)"*接&制造&切割&打孔等技术领域具有广泛的应用'悬链线型变幅杆相比其振幅比有较大提高'文献变幅杆在超声振动系统中起振幅放大和阻抗匹配的)*@?*利用变分原理%分别设计了放大系数为B&位作用%因此变幅杆研究对提高超声振动系统性能有移节点位于不同位置的变幅杆的形状'重要意义'文献)(@D*不仅对传统超声变幅杆%如

7、圆变幅杆的设计方法也是研究人员关注的对象')C*锥型&指数型&悬链线型与阶梯型等进行了研究%还常见的方法有传统解析法&等效电路法&替代法&)A*对近年新型的变幅杆进行了讨论'文献)!@B*将遗传输矩阵法&有限元法等'文献)")*发现常见变收稿日期!()"B@)?@"B基金项目!国家自然科学基金#""D?!()"$第一作者!张海岛%男%博士研究生%研究方向为功率超声'=@5/4%!(*((*C"A?!bb&<$5!2通信作者!贺西平%男%教授%博士生导师'=@5/4%!2834T4.H!9..,&8>,&<.!!)陕西师范大学学报!自然科学版"第!!卷幅杆的

8、节点与应变极大点位置之和等于变幅杆一阶各点的纵振动位移%Y&Y为杆