超聲切割負(fù)載對(duì)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(diǎn)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(shí)能高效地對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行加工，但加工過(guò)程中產(chǎn)生大量對(duì)人體有害的粉塵，同時(shí)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(duì)復(fù)合材料加工中出現(xiàn)的問(wèn)題，有學(xué)者提出采用超聲

2、加工的方式來(lái)改進(jìn)以上出現(xiàn)的問(wèn)題。本文所研究的超聲切割加工是針對(duì)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(fù)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(duì)象，針對(duì)受負(fù)載影響之后的聲學(xué)系統(tǒng)穩(wěn)定性進(jìn)行研究。主要的研究?jī)?nèi)容及成果如下：
　　(1)目前針對(duì)超聲切割聲學(xué)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(dú)設(shè)計(jì)，即使是現(xiàn)有針對(duì)負(fù)載的分析也只是對(duì)變幅

3、桿而言，但負(fù)載實(shí)際的作用對(duì)象卻是整個(gè)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(fù)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(fù)載—阻抗，負(fù)載—電流—振幅等相關(guān)表達(dá)式，利用MATLAB將負(fù)載對(duì)聲學(xué)系統(tǒng)的參數(shù)影響圖像化，為后面針對(duì)具體的負(fù)載分析奠定了理論基礎(chǔ)。
　　(2)針對(duì)刀具負(fù)載在設(shè)計(jì)中無(wú)法進(jìn)行參數(shù)化分析的問(wèn)題，利用 ANSYS軟件將刀具與系統(tǒng)模型化，將增加刀具負(fù)載之后的聲學(xué)系統(tǒng)與空載時(shí)的聲學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)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(huì)越小。同時(shí)，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(duì)聲學(xué)系統(tǒng)的阻抗特性及輸出位移進(jìn)行檢測(cè)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，增加刀具負(fù)載之后聲學(xué)系統(tǒng)諧振頻率減小，諧振時(shí)阻抗值變大，系統(tǒng)的能量轉(zhuǎn)換效率變低。實(shí)驗(yàn)的結(jié)果為后期設(shè)計(jì)刀具提供有力的參考。
　　(3)針對(duì)受到超聲切割力負(fù)載之后系統(tǒng)出現(xiàn)停振，雜聲等現(xiàn)象，本文首先對(duì)超聲切割力模型進(jìn)行分析，將超聲切割力沿聲學(xué)