超聲切割負載對超聲切割聲學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響研究.pdf

1、復(fù)合材料以其良好的性能在航空﹑船舶等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，如蜂窩復(fù)合材料和碳纖維復(fù)合材料等。復(fù)合材料與普通材料相比，不僅僅是其材料本身的屬性特殊，更重要的是其復(fù)合而成的結(jié)構(gòu)復(fù)雜性，正是由于以上兩點導(dǎo)致了復(fù)合材料的難加工性。傳統(tǒng)加工復(fù)合材料采用的是高速銑削的方式，這種方式確實能高效地對復(fù)合材料進行加工，但加工過程中產(chǎn)生大量對人體有害的粉塵，同時加工之后的復(fù)合材料本身的表面質(zhì)量并不是十分的理想。針對復(fù)合材料加工中出現(xiàn)的問題，有學(xué)者提出采用超聲

2、加工的方式來改進以上出現(xiàn)的問題。本文所研究的超聲切割加工是針對復(fù)合材料粗加工所提出的，但現(xiàn)有關(guān)于超聲切割的研究尚不成熟，尤其是在穩(wěn)定性方面，在受到負載的情況下，超聲切割系統(tǒng)容易出現(xiàn)停振﹑發(fā)熱等現(xiàn)象。本文以超聲切割聲學(xué)系統(tǒng)為研究對象，針對受負載影響之后的聲學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性進行研究。主要的研究內(nèi)容及成果如下：
　　(1)目前針對超聲切割聲學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計都是將聲學(xué)系統(tǒng)分散成壓電換能器﹑變幅桿等單元單獨設(shè)計，即使是現(xiàn)有針對負載的分析也只是對變幅

3、桿而言，但負載實際的作用對象卻是整個系統(tǒng)。本文利用四端網(wǎng)絡(luò)法將壓電換能器﹑變幅桿和負載三者統(tǒng)一，建立超聲切割聲學(xué)系統(tǒng)的整體理論模型，并得出負載—阻抗，負載—電流—振幅等相關(guān)表達式，利用MATLAB將負載對聲學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)影響圖像化，為后面針對具體的負載分析奠定了理論基礎(chǔ)。
　　(2)針對刀具負載在設(shè)計中無法進行參數(shù)化分析的問題，利用 ANSYS軟件將刀具與系統(tǒng)模型化，將增加刀具負載之后的聲學(xué)系統(tǒng)與空載時的聲學(xué)系統(tǒng)進行對比，仿真結(jié)果表

4、明刀具的質(zhì)量越大，聲學(xué)系統(tǒng)的縱振階諧振頻率就會越小。同時，在同等輸入振幅的情況下，刀具質(zhì)量越重，輸出端振幅就越小。利用阻抗分析儀和激光位移傳感器對聲學(xué)系統(tǒng)的阻抗特性及輸出位移進行檢測，實驗結(jié)果表明，增加刀具負載之后聲學(xué)系統(tǒng)諧振頻率減小，諧振時阻抗值變大，系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率變低。實驗的結(jié)果為后期設(shè)計刀具提供有力的參考。
　　(3)針對受到超聲切割力負載之后系統(tǒng)出現(xiàn)停振，雜聲等現(xiàn)象，本文首先對超聲切割力模型進行分析，將超聲切割力沿聲學(xué)