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Evaluation of Vibration Amplitude Stepping and Welding Performance of 20 kHz and 40 kHz Ultrasonic Power of Metal Welding
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作者 Ziad Shakeeb Al Sarraf Ahmed Fattah Ahmed Khalid Elias Hammo 《Journal of Mechanical Engineering Research》 2021年第1期29-35,共7页
Today ultrasonic power technique is consider a mandatory technique which is always entered in many processes such as in metal and plastic welding to overcomes many issues,with aided of applying force(pressure)and supp... Today ultrasonic power technique is consider a mandatory technique which is always entered in many processes such as in metal and plastic welding to overcomes many issues,with aided of applying force(pressure)and supplied high frequency vibration,a solid-state weld can be generated by ultrasonic metal welding technique.That gives a technique the ability to join not only a small component,whereas also to join thicker specimens,which depends on a proper control of matching welding conditions.Therefore a welding performance can be studied and compared after designed welding horn to resonance at frequencies of 20 kHz and 40 kHz.The analyses of the designed horn are completed through use a vibration mathematical expressions,modal and harmonic analyses to ensure the weldability due to applying ultrasonic power to the working area and also to compare the performance of joint at using two resonance frequencies of 20 kHz and 40 kHz.The dimensions of the horns were determined to match the selected resonance frequencies,which the lengths were calculated as 132 mm and 66 mm respectively.The analysis of the exciting model indicates that the axial vibration modes of 19,584 Hz and 39,794 Hz are obtained in 10th mode,while the two frequency values are recorded 19,600 Hz and 39,800 Hz from the frequency response of the two horns.The weld strength between Al and Cu specimens with a thickness 0.5 mm was evaluated using a tensile test,which the analyses were obtained under using different welding pressure and varied amplitudes.The results were recorded within exciting a horn with two different resonance frequencies,show the enhancement of weld strength and quality through control of stepping amplitude,the enhancement means obtain good strength of the weld,reduce sticking horn to specimen,and lower specimen marking. 展开更多
关键词 ultrasonic welding horn design Vibration amplitude stepping amplitude Welding performance
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带过渡段阶梯形变幅杆的有限元分析 被引量:13
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作者 贾杨 沈建中 《声学技术》 EI CSCD 北大核心 2006年第1期75-81,共7页
对几组不同变幅比带不同过渡段的阶梯形变幅杆进行了有限元分析,获得了阶梯形变幅杆特性随过渡段形状和尺寸变化的一些规律。利用有限元软件ANSYS算出了每个变幅杆的纵振动模式谐振频率。并用其后处理功能得出了粗细端面的相对位移,由... 对几组不同变幅比带不同过渡段的阶梯形变幅杆进行了有限元分析,获得了阶梯形变幅杆特性随过渡段形状和尺寸变化的一些规律。利用有限元软件ANSYS算出了每个变幅杆的纵振动模式谐振频率。并用其后处理功能得出了粗细端面的相对位移,由此计算振幅放大系数,得到的结果与已有的关于阶梯形变幅杆的理论以及实验结果符合得较好,计算出的谐振频率与实际测量值也较好地相符。文中还利用该软件计算了变幅杆粗细端分界面上的应力及其分布,数据表明过渡段可以显著改善粗细分界面上的应力集中。最后对导波理论和有限元分析方法的结果做了初步比较,两者亦符合较好。 展开更多
关键词 阶梯彤变幅杆 过渡段 有限元方法 导波
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变幅杆外形结构对超声纵向振动性能参数的影响 被引量:11
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作者 伍利群 《机械设计与制造》 北大核心 2010年第4期212-213,共2页
应用Pro/MECHANICA软件对阶梯形变幅杆进行模态分析和修正,求出放大系数、共振频率、位移节点等重要参数,分析了变幅杆外形结构尺寸的变化对超声纵向振动性能参数的影响。
关键词 超声加工 阶梯形变幅杆 stepped ultrasonic horn PRO/MECHANICA 模态分析
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阶梯形变幅杆数值设计研究 被引量:8
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作者 郑建新 侯雅丽 《机械设计》 CSCD 北大核心 2015年第5期91-94,共4页
根据一维波动理论设计的阶梯形变幅杆,其性能参数与实测值偏差较大,后续修整工作量大。将有限元分析与理论设计相结合,研究了阶梯形变幅杆结构参数值的变化对谐振频率、放大系数和位移节点的影响规律,给出了大/小端长度与谐振频率之间... 根据一维波动理论设计的阶梯形变幅杆,其性能参数与实测值偏差较大,后续修整工作量大。将有限元分析与理论设计相结合,研究了阶梯形变幅杆结构参数值的变化对谐振频率、放大系数和位移节点的影响规律,给出了大/小端长度与谐振频率之间的函数关系,以便于变幅杆的修整工作。研究结果表明,阶梯形变幅杆在有约束和无约束状态下的性能参数差异较大,修整时需要适当地增长大端长度,缩短小端长度,且增长量略大于减小量。该研究思路可为其他变幅杆的设计提供参考。 展开更多
关键词 阶梯形变幅杆 有限元分析 性能参数 超声
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两级阶梯形变幅杆设计及优化 被引量:10
5
作者 申昊 蔡万宠 郁鼎文 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2015年第20期104-108,共5页
基于ANSYS workbench多目标驱动优化模块对两级阶梯形变幅杆进行优化设计。基于解析法设计两级阶梯形变幅杆,建立参数化变幅杆模型;在静力学分析基础上对变幅杆进行模态、谐响应分析。通过52个设计点仿真分析获得谐振频率、放大系数、... 基于ANSYS workbench多目标驱动优化模块对两级阶梯形变幅杆进行优化设计。基于解析法设计两级阶梯形变幅杆,建立参数化变幅杆模型;在静力学分析基础上对变幅杆进行模态、谐响应分析。通过52个设计点仿真分析获得谐振频率、放大系数、最大应力与变幅杆结构尺寸关系,并优化变幅杆尺寸。研究表明,变幅杆谐振频率小于理论设计频率,振幅放大系数小于理论值,超声能量损耗较大。优化所得变幅杆的谐振频率接近理论设计频率,提高放大系数。为大功率、大振幅的超声变幅杆优化设计提供新的设计、优化思路。 展开更多
关键词 阶梯形变幅杆 多目标驱动优化 放大系数 谐振频率 超声加工
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超声扭转振动系统局部共振的有限元仿真研究 被引量:3
6
作者 王艳东 王敏慧 鲍善惠 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2005年第3期49-52,共4页
应用有限元方法,对超声扭转振动系统局部共振做出仿真研究.分析了阶梯形变幅杆谐振频率随粗细端长度及截面直径比的变化规律.结果表明,局部共振不仅与粗细端直径比有关,还与两段杆的长度有关.将长度比控制在一定范围内,可使系统谐振频... 应用有限元方法,对超声扭转振动系统局部共振做出仿真研究.分析了阶梯形变幅杆谐振频率随粗细端长度及截面直径比的变化规律.结果表明,局部共振不仅与粗细端直径比有关,还与两段杆的长度有关.将长度比控制在一定范围内,可使系统谐振频率更接近于四分之一波长细杆的谐振频率.在实际应用中,可适当设计两端长度比,使系统更好地工作于局部共振状态,这对实际振动系统的设计具有一定意义. 展开更多
关键词 阶梯形变幅杆 有限元 局部共振 扭转振动
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阶梯形变幅杆的有限元分析 被引量:4
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作者 解妙霞 李全禄 李晓娟 《黑龙江大学自然科学学报》 CAS 北大核心 2006年第6期847-849,853,共4页
阶梯形变幅杆具有易于加工、变幅比大的优点,是常用的四种单一变幅杆之一。有限元方法是一种成熟、可靠的数值模拟方法。建立了阶梯形变幅杆的有限元模型,用有限元方法研究了一组阶梯形变幅杆的谐振频率,比较了阶梯形变幅杆谐振频率的... 阶梯形变幅杆具有易于加工、变幅比大的优点,是常用的四种单一变幅杆之一。有限元方法是一种成熟、可靠的数值模拟方法。建立了阶梯形变幅杆的有限元模型,用有限元方法研究了一组阶梯形变幅杆的谐振频率,比较了阶梯形变幅杆谐振频率的有限元分析结果、理论值和实验值,分析了三种方法在变幅杆设计中的优缺点及各自产生误差的原因。 展开更多
关键词 阶梯形变幅杆 有限元法 谐振频率
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阶梯形变幅杆的频率特性分析 被引量:6
8
作者 贾杨 沈建中 《声学技术》 CSCD 北大核心 2006年第2期154-159,共6页
计算了圆柱截面阶梯形变幅杆的一阶到六阶纵振动模式的谐振频率,较系统地分析研究了带与不带过渡段的阶梯杆之谐振频率随其粗细段长度比和直径比的变化规律,得到了一些新结果。用两种方法计算谐振频率:一种是求解一维近似解析频率方程,... 计算了圆柱截面阶梯形变幅杆的一阶到六阶纵振动模式的谐振频率,较系统地分析研究了带与不带过渡段的阶梯杆之谐振频率随其粗细段长度比和直径比的变化规律,得到了一些新结果。用两种方法计算谐振频率:一种是求解一维近似解析频率方程,计算程序用MATLAB编制。另一种是用有限元仿真数值计算,利用ANSYS软件,且适合对于任意材料和几何参数的圆截面阶梯杆的任意阶谐振频率的计算。有限元计算与一维近似理论计算得到的频率的变化趋势基本一致。所给频率变化趋势对于变幅杆的设计和加工都能提供参考。在相当大的阶梯杆几何参数空间内,一阶谐振频率随变幅杆粗段与过渡段长度而相应减小。对于实测频率比所期望值高的变幅杆进行频率调整时可以利用上述性质。 展开更多
关键词 阶梯形变幅杆 谐振频率 高阶频率 有限元
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阶梯形超声变幅杆谐振频率的瑞利修正 被引量:4
9
作者 李井 丁艳红 梁欣 《机械设计与制造》 北大核心 2016年第4期32-34,共3页
在设计阶梯形超声变幅杆时,变幅杆的频率仿真值往往小于设计值;变幅杆的截面尺寸越大,这种偏差也越明显。按照瑞利修正理论,理论分析了这种现象产生的原因;在考虑变幅杆纵向振动后,给出谐振频率的瑞利修正值。重点推导了比较常用的粗细... 在设计阶梯形超声变幅杆时,变幅杆的频率仿真值往往小于设计值;变幅杆的截面尺寸越大,这种偏差也越明显。按照瑞利修正理论,理论分析了这种现象产生的原因;在考虑变幅杆纵向振动后,给出谐振频率的瑞利修正值。重点推导了比较常用的粗细等长变幅杆的频率修正公式。借助有限元分析软件workbench对一组阶梯型变幅杆进行模态分析;获取不同半径变幅杆的谐振频率仿真值。分析比较理论值与仿真值;结果表明,按照瑞利修正理论修正后的频率值能更好地与仿真结果相吻合。这对于大截面阶梯形变幅杆的理论设计有一定指导意义。 展开更多
关键词 阶梯形变幅杆 瑞利修正 谐振频率 模态分析
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面向岩石取样过程的超声纵扭变幅杆设计
10
作者 韩光超 潘高峰 +2 位作者 刘初见 陈长新 杨航润 《装备制造技术》 2016年第7期5-8,共4页
针对超声岩石取样加工过程需要不同比例纵扭振动输出需求,设计一种具有斜槽结构的纵扭复合阶梯型超声变幅杆。根据超声变幅杆的纵扭复合振动机理,利用有限元法分析确定可产生扭转振动的带斜槽阶梯型变幅杆基本结构,研究斜槽结构参数变... 针对超声岩石取样加工过程需要不同比例纵扭振动输出需求,设计一种具有斜槽结构的纵扭复合阶梯型超声变幅杆。根据超声变幅杆的纵扭复合振动机理,利用有限元法分析确定可产生扭转振动的带斜槽阶梯型变幅杆基本结构,研究斜槽结构参数变化对超声变幅杆输出纵振振幅与扭转振幅比值的影响规律。研究结果表明,在阶梯型变幅杆上合理设定斜槽的位置和结构参数可实现不同比例的纵扭振动输出,满足不同材质超声岩石取样加工需求。 展开更多
关键词 岩石取样 纵扭复合振动 阶梯型超声变幅杆 斜槽
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一种压电换能器直接驱动钻具的超声波钻探器 被引量:1
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作者 柏德恩 王印超 +4 位作者 李贺 邓宗全 全齐全 姜生元 唐德威 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第5期806-812,共7页
为满足深空探测任务中,空间环境苛刻的外星体表面岩石钻取采样任务的使用需求,本文设计了一种基于压电驱动原理,可搭载在漫游车机械臂末端的超声波钻探器。超声波钻探器的压电换能器直接与钻具发生冲击碰撞,以驱动钻具作高频冲击运动,... 为满足深空探测任务中,空间环境苛刻的外星体表面岩石钻取采样任务的使用需求,本文设计了一种基于压电驱动原理,可搭载在漫游车机械臂末端的超声波钻探器。超声波钻探器的压电换能器直接与钻具发生冲击碰撞,以驱动钻具作高频冲击运动,达到冲击破碎岩石的目的。设计了钻探器的压电驱动单元,并理论分析了压电换能器变幅杆与钻具的冲击碰撞过程。通过实验研究了超声波钻探器对砂岩的钻进性能及钻压力与钻具长度对钻探器钻进性能的影响。实验结果表明:所研制的超声波钻探器可对砂岩进行有效钻进,而且所需的钻压力较小,可用于彗星、小行星等弱引力场的地外天体表面岩石的钻取采样。 展开更多
关键词 深空探测 钻探器 超声波钻 压电换能器 钻具 波动方程 阻抗测试 阶梯型变幅杆
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阶梯型变幅杆弯曲振动频率的计算及分析 被引量:5
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作者 蒙永红 贺西平 +2 位作者 崔晓娟 卫相润 王红艳 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2018年第2期30-34,共5页
为准确计算阶梯型变幅杆的弯曲振动频率,分别用单独考虑转动惯量或剪切变形影响的Euler-Bernoulli理论,和同时考虑转动惯量和剪切变形影响的Timoshenko理论,解析计算了其弯曲振动频率,进一步利用有限元方法数值计算了相同变幅杆的弯振... 为准确计算阶梯型变幅杆的弯曲振动频率,分别用单独考虑转动惯量或剪切变形影响的Euler-Bernoulli理论,和同时考虑转动惯量和剪切变形影响的Timoshenko理论,解析计算了其弯曲振动频率,进一步利用有限元方法数值计算了相同变幅杆的弯振频率。将不同的理论计算值与实验测试值进行比较,得到相应误差。结果表明:当阶梯杆的长度和大端面直径比小于5时,相对于另外两种方法 Timoshenko理论计算结果的误差最小。 展开更多
关键词 阶梯型变幅杆 弯曲振动 固有频率 Timoshenko理论
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用于功率超声磨削声学系统的阶梯型变幅杆节点位置研究 被引量:4
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作者 阳培 赵波 《机械传动》 CSCD 北大核心 2010年第10期54-57,共4页
通过理论推导及有限元仿真模拟,分析找出了阶梯型变幅杆节点实际位置与传统理论位置的差别,同时分析指出超声波在变幅杆中传播时将引起材料的横向变形,泊松比的存在使纵向弹性变形会引起材料的横向变形。分析了阶梯型变幅杆振动特性,指... 通过理论推导及有限元仿真模拟,分析找出了阶梯型变幅杆节点实际位置与传统理论位置的差别,同时分析指出超声波在变幅杆中传播时将引起材料的横向变形,泊松比的存在使纵向弹性变形会引起材料的横向变形。分析了阶梯型变幅杆振动特性,指出节点向细端移动可以减小节盘的振动。通过阶梯型变幅杆节点位置实验,验证了以上分析结论。 展开更多
关键词 超声振动 阶梯型变幅杆 节点位置 有限元分析
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基于性能可调阶梯型变幅杆的超声波振子调谐研究 被引量:2
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作者 刘帅康 祝锡晶 +1 位作者 李婧 宋天骄 《工程设计学报》 CSCD 北大核心 2019年第4期484-489,共6页
为减小超声波振子外接负载时其谐振频率漂移的幅度,使用机电等效电路法和COMSOL Multiphysics5.3有限元仿真软件设计制造了一种基于性能可调阶梯型变幅杆的超声波振子。对该超声波振子的谐振频率进行有限元仿真和现场测试。以超声清洗... 为减小超声波振子外接负载时其谐振频率漂移的幅度,使用机电等效电路法和COMSOL Multiphysics5.3有限元仿真软件设计制造了一种基于性能可调阶梯型变幅杆的超声波振子。对该超声波振子的谐振频率进行有限元仿真和现场测试。以超声清洗机为例,搭建与其原理相似的试验装置,以不同液面高度的水作为变幅杆的外接负载,探究在不同外接负载情况下,调节连接在变幅杆处压电晶堆的调谐电感对解决超声波振子谐振频率漂移问题的有效性。试验结果表明:随着水杯中液面高度的增加,超声波振子的谐振频率整体呈上升趋势;通过在变幅杆的压电晶堆处外接调谐电感,超声波振子的谐振频率会得到一定的补偿,可重新回归到原始设定的谐振频率值附近。研究表明在使用超声波振子进行超声辅助加工时,该超声波振子对减小外接负载引起的谐振频率漂移幅度具有一定作用。研究结果可为超声波振子的调谐提供新思路和新方法。 展开更多
关键词 性能可调阶梯型变幅杆 超声波振子 谐振频率 外接负载 频率漂移
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带有加工工具的阶梯形超声变幅杆设计分析 被引量:4
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作者 吕升锋 龙建军 李赶先 《机电工程技术》 2017年第6期99-101,共3页
设计了带加工工具的阶梯形超声变幅杆。鉴于传统的带有加工工具的超声变幅杆设计计算的不准确性,运用ANSYS Workbench软件,设计带有加工工具的超声变幅杆并进行模态分析,并在此基础上优化设计,运用阻抗分析仪验证设计结果的准确性,为设... 设计了带加工工具的阶梯形超声变幅杆。鉴于传统的带有加工工具的超声变幅杆设计计算的不准确性,运用ANSYS Workbench软件,设计带有加工工具的超声变幅杆并进行模态分析,并在此基础上优化设计,运用阻抗分析仪验证设计结果的准确性,为设计带加工工具的阶梯形超声变幅杆提供了新思路。 展开更多
关键词 阶梯形超声变幅杆 ANSYSWORKBENCH 模态分析 阻抗分析仪
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