本文關(guān)鍵詞：面向蜂窩復(fù)合材料加工的超聲波變幅桿設(shè)計

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【摘要】：蜂窩復(fù)合材料由于具有高比剛度和高比強(qiáng)度等特點，越來越多地應(yīng)用在航空航天、汽車以及船舶等領(lǐng)域。但是在蜂窩復(fù)合材料傳統(tǒng)加工工藝中，存在著加工零件表面質(zhì)量差、尺寸精度低和環(huán)境中粉塵大等問題。超聲切割加工通過給切割刀具耦合超聲振動的方式，使刀具與蜂窩復(fù)合材料之間發(fā)生間斷性的沖擊與分離，使材料發(fā)生分離，可以有效地避免加工過程中粉塵的產(chǎn)生，并且獲取較高的表面質(zhì)量，有著廣泛的應(yīng)用前景。超聲波變幅桿作為超聲切割加工系統(tǒng)中的重要組成部分，對加工質(zhì)量和加工效率有著重要的影響，因此研究變幅桿的優(yōu)化設(shè)計具有重要的意義。 對于蜂窩復(fù)合材料的超聲波切割加工，簡單形狀的變幅桿性能都不是很理想。圓錐形和指數(shù)形變幅桿的放大系數(shù)較小，刀具端部振幅達(dá)不到使用要求；階梯形變幅桿盡管有比較大的放大系數(shù)，但其在截面突變處會產(chǎn)生應(yīng)力集中，工作過程中截面突變處溫度較高，不適合長期工作。目前，復(fù)雜形狀變幅桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計中缺少一套切實可行的優(yōu)化設(shè)計方法，對復(fù)雜形狀超聲波變幅桿的設(shè)計多以經(jīng)驗設(shè)計、反復(fù)修正和實驗驗證為主，設(shè)計效率低，設(shè)計精度差。針對這些問題，本文在研究超聲波變幅桿性能參數(shù)和傳統(tǒng)設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，以貝塞爾曲線形變幅桿為研究對象，提出了基于多目標(biāo)遺傳算法和有限元法的超聲波變幅桿的優(yōu)化設(shè)計方法，設(shè)計出了滿足蜂窩復(fù)合材料超聲波切割加工要求的變幅桿。該研究不僅為超聲波變幅桿的優(yōu)化設(shè)計提供了一條切實可行的優(yōu)化途徑，也對實際生產(chǎn)應(yīng)用有重要的意義。本文主要內(nèi)容如下： （1）介紹了蜂窩復(fù)合材料的特性、應(yīng)用和加工技術(shù)，概述了超聲波變幅桿的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀，提出了本課題研究的意義、目的及主要研究內(nèi)容。 （2）在研究了變幅桿的重要性能參數(shù)和傳統(tǒng)設(shè)計方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)貝塞爾曲線的結(jié)構(gòu)特點，確定了變幅桿的基本結(jié)構(gòu)參數(shù)，采用APDL和MATLAB高級語言相結(jié)合的方法，建立了貝塞爾曲線形變幅桿的有限元分析模型，結(jié)合有限元動力學(xué)分析理論，對變幅桿進(jìn)行了模態(tài)分析和諧響應(yīng)分析，并提取了影響變幅桿聲學(xué)性能的諧振頻率和放大系數(shù)，為后面的優(yōu)化做準(zhǔn)備。 （3）以貝塞爾曲線形超聲波變幅桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)為設(shè)計變量，以諧振頻率和放大系數(shù)為優(yōu)化目標(biāo)，建立了超聲波變幅桿的多目標(biāo)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型；通過編程實現(xiàn)在遺傳算法中調(diào)用ANSYS程序，自動完成變幅桿的建模和動力學(xué)分析，獲得計算目標(biāo)函數(shù)所需的參數(shù)值，采用遺傳算法求出該多目標(biāo)優(yōu)化問題的一組最優(yōu)解，并對優(yōu)化前后變幅桿的聲學(xué)性能做了對比分析。 （4）對優(yōu)化后的變幅桿進(jìn)行了實驗研究，完成對變幅桿諧振頻率、阻抗和輸出端振幅的測試與數(shù)據(jù)采集，并對測試結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)的分析。 本文通過理論研究，并結(jié)合遺傳算法和有限元分析技術(shù)設(shè)計了面向蜂窩復(fù)合材料超聲波切割加工的變幅桿，最后進(jìn)行了實驗測試，實驗結(jié)果驗證了本研究建模方法和優(yōu)化方法的有效性，為設(shè)計高性能的超聲波變幅桿提供了一條新的途徑，，對超聲波變幅桿的發(fā)展具有重要的工程實用價值。
【學(xué)位授予單位】：杭州電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG663;TB383.4

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 楊志斌;吳鳳林;軋剛;;大振幅比超聲變幅桿的優(yōu)化設(shè)計[J];電加工與模具;2007年06期

2 謹(jǐn)亞輝;軋剛;;新型超聲變幅桿的優(yōu)化設(shè)計[J];電加工與模具;2010年S1期

3 宋宏偉;劉浩;;基于MATLAB與ANSYS的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計[J];大連民族學(xué)院學(xué)報;2011年03期

4 韓永溫;楊麗萍;呂中虎;張曉飛;;激光三維位移監(jiān)測裝置的研究[J];電子技術(shù);2012年12期

5 劉闊;劉春時;林劍峰;馬曉波;于文東;;VMC0540d機(jī)床床身和立柱結(jié)構(gòu)的諧響應(yīng)分析[J];機(jī)械設(shè)計與制造;2011年12期

6 原豐霞,張慧君,朱國良;基于ANSYS的超聲變幅桿的優(yōu)化設(shè)計[J];機(jī)械工程師;2004年11期

7 顧煜炯,周兆英，姚健;超聲振動系統(tǒng)的四端網(wǎng)絡(luò)設(shè)計方法及其應(yīng)用[J];機(jī)械工程學(xué)報;1997年03期

8 萬德安,劉春節(jié);超聲變幅桿的模態(tài)分析[J];機(jī)械與電子;2004年04期

9 王毅;吳立言;韓冰;;ANSYS的兩種有限元單元應(yīng)用研究[J];科學(xué)技術(shù)與工程;2007年06期

10 馮仁杰,于九明;蜂窩夾芯復(fù)合板及其在汽車工業(yè)中的應(yīng)用[J];汽車工藝與材料;2003年08期

本文編號：1243174