發(fā)布時(shí)間：2020-06-29 17:56

【摘要】：NOMEX蜂窩復(fù)合材料具有高比剛度、高比強(qiáng)度、密度小、耐溫阻燃等眾多優(yōu)點(diǎn),廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶等行業(yè)。NOMEX蜂窩復(fù)合材料具有各向異性的特點(diǎn),屬于典型的難加工材料,超聲加工技術(shù)的應(yīng)用有效地解決了傳統(tǒng)銑削加工過(guò)程中存在的粉塵污染、被加工表面質(zhì)量缺陷等問(wèn)題。對(duì)NOMEX蜂窩復(fù)合材料的超聲加工技術(shù)的研究發(fā)現(xiàn),聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅對(duì)加工質(zhì)量起著至關(guān)重要的作用。但是實(shí)際加工過(guò)程中由于溫度、切削力等參數(shù)的影響,聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅容易漂移,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)a(chǎn)生停振現(xiàn)象,這對(duì)NOMEX蜂窩復(fù)合材料的加工有著致命的危害。這就要求超聲切割NOMEX蜂窩復(fù)合材料過(guò)程中盡可能始終保持恒定的輸出振幅,因此開展超聲加工過(guò)程中聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅的穩(wěn)定性研究是極其必要的。聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅與超聲電源功率、尖形刀質(zhì)量、尖形刀長(zhǎng)度、切削力等因素密切相關(guān)。本文主要針對(duì)定振幅要求的超聲切割聲學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行研究,主要研究?jī)?nèi)容及成果如下:(1)基于等效電路法對(duì)超聲聲學(xué)系統(tǒng)進(jìn)行理論分析,建立了振幅參數(shù)關(guān)系式,分析了聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅的主要影響因素。首先,基于等效電路法對(duì)換能器進(jìn)行理論分析,根據(jù)基爾霍夫回路公式推導(dǎo)得到換能器的放大系數(shù)表達(dá)公式。然后,分析單一形狀變幅桿的等效網(wǎng)絡(luò)模型,在此基礎(chǔ)上對(duì)復(fù)合型變幅桿進(jìn)行等效網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)換,得到復(fù)合型變幅桿的等效網(wǎng)絡(luò)模型,根據(jù)基爾霍夫回路公式推導(dǎo)得到復(fù)合型變幅桿的放大系數(shù)表達(dá)公式。最后,結(jié)合簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)方程推導(dǎo)得到超聲聲學(xué)系統(tǒng)的振幅參數(shù)關(guān)系式,根據(jù)該公式分析聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅的主要影響因素,為實(shí)驗(yàn)研究提供了理論指導(dǎo)。(2)基于ABAQUS仿真軟件對(duì)包含有尖形刀及變幅桿的聲學(xué)組件進(jìn)行仿真分析,分析了質(zhì)量負(fù)載及尖形刀長(zhǎng)度對(duì)聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅的影響趨勢(shì)并驗(yàn)證了理論分析結(jié)論。通過(guò)對(duì)帶有不同長(zhǎng)度及質(zhì)量的尖形刀聲學(xué)組件進(jìn)行模態(tài)分析及諧響應(yīng)分析,結(jié)果表明刀具本身作為一種靜態(tài)負(fù)載對(duì)聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅起著抑制作用,從靜態(tài)角度驗(yàn)證了理論分析結(jié)論的正確性。另外,發(fā)現(xiàn)刀具長(zhǎng)度對(duì)聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅起到放大作用。分析結(jié)論為實(shí)驗(yàn)研究提供了理論指導(dǎo)。(3)通過(guò)振幅測(cè)試實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析研究探討了聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅與尖形刀長(zhǎng)度、質(zhì)量及超聲電源功率的關(guān)系,驗(yàn)證了理論及仿真分析結(jié)論的正確性,建立并驗(yàn)證了相應(yīng)的關(guān)系模型。首先,設(shè)計(jì)了空載下聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅測(cè)試實(shí)驗(yàn),研究探討了尖形刀長(zhǎng)度、尖形刀質(zhì)量及超聲電源功率對(duì)聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅的影響規(guī)律,驗(yàn)證了理論及仿真分析結(jié)論的正確性。然后,借助于MATLAB軟件,利用多元線性回歸分析法對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析,得到聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅與尖形刀長(zhǎng)度、尖形刀質(zhì)量及超聲電源功率的關(guān)系模型,并以此為基礎(chǔ)得到對(duì)于任一規(guī)格尖形刀需要特定聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅時(shí)的超聲電源功率調(diào)整模型。最后,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)調(diào)整模型進(jìn)行驗(yàn)證。(4)通過(guò)切削力實(shí)驗(yàn)及存在切削力負(fù)載時(shí)的聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅測(cè)試實(shí)驗(yàn)研究,建立并驗(yàn)證了尖形刀超聲加工過(guò)程中定振幅輸出的加工功率調(diào)整模型。首先,基于響應(yīng)曲面法對(duì)超聲切割NOMEX蜂窩復(fù)合材料進(jìn)行切削力實(shí)驗(yàn)研究,建立并驗(yàn)證了切削力模型。然后,通過(guò)存在切削力負(fù)載時(shí)的聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅實(shí)驗(yàn),研究切削力對(duì)聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅的影響,從動(dòng)態(tài)負(fù)載角度驗(yàn)證了理論分析結(jié)論的正確性。接著,借助MATLAB對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,獲得聲學(xué)系統(tǒng)輸出振幅與超聲電源功率、切削力的關(guān)系模型,并結(jié)合切削力模型得到尖形刀超聲加工過(guò)程中定振幅輸出的加工功率調(diào)整模型。最后,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)所建模型進(jìn)行驗(yàn)證。定振幅調(diào)整模型的研究為實(shí)際加工的振幅調(diào)整提供理論指導(dǎo),為超聲電源在加工過(guò)程中實(shí)現(xiàn)定振幅輸出提供了切實(shí)可行的理論指導(dǎo)模型。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TB33;TB559
【圖文】：

杭州電子科技大學(xué)碩士學(xué)位論文1 緒論 蜂窩復(fù)合材料的特性及加工方法 蜂窩復(fù)合材料的特性及應(yīng)用是一種夾芯材料，分別有金屬蜂窩材料、玻璃布蜂窩材料、紙蜂。早期的夾芯材料是二戰(zhàn)期間德國(guó)為了減輕飛機(jī)質(zhì)量而產(chǎn)生的，了飛機(jī)的質(zhì)量，增強(qiáng)了飛機(jī)的彎曲性能。而 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料之一，是一種間位芳綸纖維復(fù)合材料，如圖 1.1 所示。一般是流程較為繁瑣，需要經(jīng)過(guò)一系列復(fù)雜的制備工序，包括涂膠、疊

（3）存在粉塵污染。高速銑削加工 NOMEX 蜂窩復(fù)合材料是通過(guò)將多余胚料打碎的方式進(jìn)行加工，因此加工過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量粉塵，污染了加工環(huán)境，嚴(yán)重影響了人體的健康。圖1.2 超聲切割聲學(xué)系統(tǒng)原理圖

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2734154