【摘要】：超聲切割技術,如超聲切割食品、紡織品、橡膠和復合材料等,具有高效、節(jié)能、環(huán)保的優(yōu)點,在機械、冶金、食品、材料、醫(yī)療、航空航天等領域有著廣泛的應用。近年來,隨著超聲技術的持續(xù)發(fā)展,超聲切割的應用領域也隨之進一步擴大。在切割光纖領域中,傳統(tǒng)的切割方式是通過對高強度材料制成的鋒利刀片施加下壓力來完成光纖的切割,其存在著切割過程復雜、光纖易受污染、光纖截面易產生斷裂且刀片使用壽命不長等不足。為滿足市場上的需求,提高光纖切割效率,改善光纖切割效果,本文設計了一種新型的冪函數(shù)型光纖切割刀以及一種新型的冪函數(shù)型壓電超聲光纖切割環(huán)形換能器。主要研究內容如下:(1)基于變厚度圓環(huán)的平面應力方程及機電類比原理,推導了沿徑向振動的冪函數(shù)型環(huán)形超聲光纖切割刀的機電等效電路、諧振頻率方程和徑向振動時的位移放大系數(shù)公式。討論了第一、二階徑向共振頻率及相應階數(shù)的位移放大系數(shù)M隨圓環(huán)半徑比K的變化關系。結果表明,冪函數(shù)型環(huán)形超聲光纖切割刀徑向振動的等效電路是一種新型的非互易二端口等效網(wǎng)絡;一階和二階共振頻率隨圓環(huán)半徑比K的增大而增大;一階徑向共振模式下位移放大系數(shù)M隨圓環(huán)內外半徑比K的增大先降低后升高,二階徑向共振模式下位移放大系數(shù)M隨圓環(huán)內外半徑比K的增大而降低,但二階時的位移放大系數(shù)M整體大于一階,因此二階徑向共振模式具有更好的徑向振動性能。用COMSOL有限元軟件對解析理論分析結果進行了驗證,仿真模擬結果與解析理論符合良好。(2)在冪函數(shù)型環(huán)形超聲光纖切割刀的等效電路模型基礎上,進一步設計了一種冪函數(shù)型壓電超聲光纖切割環(huán)形換能器,計算了第一、二階徑向共振/反共振頻率及對應階數(shù)的有效機電耦合系數(shù),通過COMSOL有限元軟件對解析理論分析結果驗證,仿真模擬結果與解析理論符合良好。本文研究結果為冪函數(shù)型環(huán)形超聲光纖切割刀及壓電環(huán)形換能器的工程應用提供了簡明設計理論,文中研究結論為徑向超聲換能器在光纖切割、橡膠切割以及復合材料切割等領域提供重要理論參考。
【圖文】：

圖 1.1 光纖究設計一種新型的超聲光纖切割刀，分析影響反共振頻率、位移放大系數(shù)等。光纖（如圖 1.1 一種玻璃石英或塑料制成的纖維，其利用光的全導，由于光纖傳導時的衰減小、損耗低、抗外界離的信息傳輸、通信、傳感器、收發(fā)器等領域具玻璃纖芯和一層塑料包層組成，切割光纖時需先或其他清潔試劑將光纖擦拭干凈，確定好切割長，最后需檢查光纖端口是否平滑，，切割質量是否或斷裂，將會使光在光纖中產生反射和散射現(xiàn)象產生不必要的損耗，而且還會對光纖切割后的再。因此光纖切割需注意以下幾個方面：1、切割要盡量光滑，減少裂痕，切割角度一般在 5 左右不可刮傷光纖。目前市場上的光纖切割主要有：高強度材料制成的鋒利刀片施加下壓力來切割光

圖 1.2 光纖切割刀 A8圖 1.3 超聲光纖切割刀 FK1傳統(tǒng)的施加下壓力方式切割相比較度小于 5 。2、超聲切割光纖切割于超聲光纖切割刀以超聲頻率震蕩染。3、超聲切割光纖所用刀片不長（市場上超聲切割光纖刀切割壽命約為 10000 次）。4、超聲切割光
【學位授予單位】：中國計量大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB552

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1 李偉東;冪函數(shù)型壓電超聲光纖切割環(huán)形換能器的研究[D];中國計量大學;2018年

本文編號：2686406