本文關鍵詞：基于冪函數(shù)形與指數(shù)—圓錐形變幅桿進行超聲噴丸的研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：超聲噴丸加工系統(tǒng)中變幅桿是非常重要的組成部分,起著匯聚能量、阻抗匹配以及放大振幅的作用。實際生產(chǎn)中對變幅桿有不同的要求。一方面,在加工強度較大的超聲噴丸系統(tǒng)中,往往需要使變幅桿的放大系數(shù)以及形狀因數(shù)都盡可能大一些;另一方面,在某些情況下,當換能器向介質(zhì)輻射聲波時,為了提高輻射聲能,時常采用加大輻射面積來改善換能器與輻射介質(zhì)之間的阻抗匹配。為了提高超聲噴丸的效率,超聲噴丸的過程中有時也需要增大變幅桿輸出端的尺寸,因為較大的輸出端面能夠放置較多的撞針或者較多的彈丸。因此,很有必要設計一種有較大放大系數(shù)與較大輸出端面的變幅桿。本文的研究內(nèi)容如下:1)研究設計了一種新型的變幅桿,即冪函數(shù)形復合變幅桿,這種變幅桿能夠克服單一變幅桿放大系數(shù)與形狀因數(shù)的限制。采用理論推導的方法對該冪函數(shù)形復合變幅桿進行分析,求得頻率方程與放大系數(shù)等參數(shù)。2)在設計冪函數(shù)形復合變幅桿時,變幅桿的頻率仿真值往往小于頻率設計值;這種偏差會隨著變幅桿截面尺寸的增加不斷擴大。根據(jù)瑞利近似修正理論,對這種現(xiàn)象產(chǎn)生的原因進行了理論分析;理論推導了冪函數(shù)形復合變幅桿諧振頻率的修正公式,對于復雜變幅桿的頻率修正有一定借鑒意義。同時借助分析軟件ABAQUS進行模態(tài)分析,驗證理論推導的正確性。3)設計分析了大端面指數(shù)-圓錐復合形變幅桿,這種變幅桿有較大的輸出端面,能夠輻射較大的聲能,能夠提高超聲噴丸的加工效率。理論推導了這種大端面復合形變幅桿的放大系數(shù)以及頻率方程的公式。4)在設計大端面指數(shù)-圓錐復合形變幅桿時,變幅桿的頻率仿真值往往小于頻率設計值;這種偏差會隨著變幅桿截面尺寸的增加不斷擴大。根據(jù)瑞利修正理論,理論推導了指數(shù)-圓錐復合形變幅桿諧振頻率的修正公式,對于復雜變幅桿的頻率修正有一定借鑒意義。同時借助分析軟件workbench進行模態(tài)分析,驗證理論推導的正確性。5)根據(jù)所設計的兩種變幅桿,設計了兩種表面強化處理方式。對于冪函數(shù)形復合變幅桿而言,由于輸出端面較小,可以在變幅桿的端面放置撞針;對于有較大端面的指數(shù)-圓錐復合形變幅桿而言,由于輸出端面比較大,可以在端面放置彈丸。6)將第一種模型進行簡化,這樣可以方便問題的研究。將撞針對工件的作用簡化為彈丸沖擊工件,這樣兩種模型可以共用一種形式的仿真模型。采用LS-DYNA中顯式動力學分析的方法進行彈丸撞擊模擬。由于噴丸的影響因素很多,在此著重考慮了彈丸速度、入射角度、彈丸半徑大小對噴丸效果的影響。針對每種影響因素,分別得出了對噴丸效果的影響規(guī)律。
【關鍵詞】：超聲噴丸 冪函數(shù)形復合變幅桿 指數(shù)-圓錐形復合變幅桿 頻率修正 撞擊模擬
【學位授予單位】：太原理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TG668
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 緒論11-23
• 1.1 引言11-12
• 1.2 文獻綜述12-19
• 1.2.1 噴丸強化技術在國內(nèi)外的發(fā)展概述12-14
• 1.2.2 新型噴丸強化工藝14-18
• 1.2.3 超聲變幅桿的研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 選題的目的與意義19-20
• 1.4 課題研究的主要內(nèi)容20-21
• 1.5 本章小結21-23
• 第二章 超聲噴丸的關鍵組成部分與噴丸機理23-31
• 2.1 超聲波簡介與噴丸系統(tǒng)的組成23-27
• 2.1.1 超聲波的產(chǎn)生23
• 2.1.2 超聲波的特性23-24
• 2.1.3 超聲噴丸強化系統(tǒng)中的主要部件24-27
• 2.2 超聲噴丸強化技術的理論分析與噴丸材料的介紹27-29
• 2.2.1 噴丸強化技術的理論分析27-28
• 2.2.2 彈丸的選擇28-29
• 2.3 超聲噴丸加工的工業(yè)應用29-30
• 2.4 超聲噴丸強化技術的發(fā)展趨勢30
• 2.5 本章小結30-31
• 第三章 變幅桿的設計與分析31-59
• 3.1 冪函數(shù)形復合變幅桿的設計與分析31-36
• 3.1.1 波動方程31-32
• 3.1.2 利用理論解析法對冪函數(shù)形復合變幅桿進行分析32-33
• 3.1.3 冪函數(shù)形復合變幅桿的理論求解與有限元分析33-36
• 3.1.4 冪函數(shù)形復合變幅桿的設計與分析總結36
• 3.2 冪函數(shù)形復合變幅桿諧振頻率的瑞利修正36-44
• 3.2.1 諧振頻率的瑞利修正方法36-38
• 3.2.2 冪函數(shù)形復合變幅桿諧振頻率的瑞利修正38-40
• 3.2.3 頻率修正值的實例計算40-42
• 3.2.4 有限元分析值與理論值的比較42-43
• 3.2.5 冪函數(shù)形復合變幅諧振頻率的瑞利修正總結43-44
• 3.3 大輸出端面指數(shù)-圓錐復合形變幅桿的設計與分析44-49
• 3.3.1 指數(shù)-圓錐復合形變幅桿的理論設計44-46
• 3.3.2 指數(shù)-圓錐復合形變幅桿的有限元分析46-49
• 3.3.3 理論值與仿真值的比較分析49
• 3.3.4 指數(shù)-圓錐復合形變幅桿的設計與分析總結49
• 3.4 指數(shù)-圓錐復合形變幅桿的諧振頻率修正49-56
• 3.4.1 指數(shù)-圓錐復合形變幅桿的瑞利修正方法50-52
• 3.4.2 實例計算52-53
• 3.4.3 有限元分析值與理論值的比較53-55
• 3.4.4 指數(shù)-圓錐復合形變幅桿諧振頻率修正的結論55-56
• 3.5 本章小結56-59
• 第四章 噴丸的模型以及模擬分析59-75
• 4.1 超聲噴丸的兩種模型59-60
• 4.1.1 撞針噴丸59
• 4.1.2 彈丸噴丸59-60
• 4.2 彈丸速度、入射角度對噴丸效果的影響60-69
• 4.2.1 彈丸沖擊靶體模型的建立及網(wǎng)格劃分60-62
• 4.2.2 結果分析62-69
• 4.3 彈丸半徑大小對噴丸效果的影響69-74
• 4.3.1 模型的建立69-70
• 4.3.2 網(wǎng)格劃分70
• 4.3.3 模擬結果分析70-74
• 4.4 本章小結74-75
• 第五章 總結與展望75-79
• 5.1 總結75-76
• 5.2 主要創(chuàng)新點76-77
• 5.3 展望77-79
• 參考文獻79-85
• 致謝85-87
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的學術論文87

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本文編號：260434