本文關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)超聲加工振動系統(tǒng)有限元分析及優(yōu)化

  更多相關(guān)文章： 超聲加工 結(jié)合面 模態(tài)分析 諧響應(yīng)分析 優(yōu)化設(shè)計

【摘要】：超聲加工技術(shù)在國內(nèi)未得到很大程度的推廣,其關(guān)鍵原因也是在超聲加工振動系統(tǒng)的許多關(guān)鍵技術(shù)還存在技術(shù)瓶頸。其中振動系統(tǒng)的設(shè)計的精確程度直接影響了超聲加工工作效率,因此其具有重要的研究價值。本論文運(yùn)用縱向振動理論對超聲振動系統(tǒng)的工具刀、變幅桿進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計。通過理論計算得到圓直桿半波長縱向振動頻率20000Hz時其長度尺寸參數(shù),并進(jìn)行有限元模態(tài)與諧振分析驗證其固有頻率與諧振頻率。通過理論計算初步得到變幅桿的各個尺寸參數(shù)。并對變幅桿進(jìn)行了模態(tài)分析與諧振分析,確定變幅桿縱向振動模態(tài)頻率為19397Hz,諧振頻率為18176Hz,諧振頻率不在超聲工作頻率范圍19000Hz~21000Hz內(nèi)。文中還對超聲加工振動系統(tǒng)不同關(guān)鍵件的聯(lián)接進(jìn)行了仿真處理,通過對兩個關(guān)鍵件結(jié)合面法向接觸剛度分形模型和結(jié)合面切向接觸剛度分形模型研究,建立一個結(jié)合面虛擬材料模型,虛擬材料厚度和虛擬材料的材料屬性可由法向分形接觸剛度和切向分形接觸剛度理論求得。將超聲振動系統(tǒng)關(guān)鍵件聯(lián)接表面使用虛擬材料進(jìn)行有限元建模,通過模態(tài)分析與諧響應(yīng)分析,得到縱向振動諧振頻率為18979 Hz,不在超聲工作頻率范圍19000Hz~21000Hz內(nèi),因此需要對振動系統(tǒng)的關(guān)鍵件進(jìn)行尺寸優(yōu)化。論文的最后部分對振動系統(tǒng)進(jìn)行了尺寸優(yōu)化,通過對振動系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)化建模,然后建立優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型,利用有限元軟件進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。優(yōu)化以后振動系統(tǒng)諧振頻率在超聲工作頻率范圍19000Hz~21000Hz內(nèi)的同時確保諧振頻率更接近20000Hz。從而不僅使得該超聲振動系統(tǒng)能夠正常工作,還明顯提升了該振動系統(tǒng)的超聲加工效率和加工精度。
【關(guān)鍵詞】：超聲加工 結(jié)合面 模態(tài)分析 諧響應(yīng)分析 優(yōu)化設(shè)計
【學(xué)位授予單位】：河北工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TG663
【目錄】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-17
• 1.1 課題來源及研究意義9
• 1.2 超聲加工技術(shù)發(fā)展概述9-14
• 1.3 有限元分析技術(shù)發(fā)展概述14-15
• 1.4 本文主要內(nèi)容15-17
• 第二章 超聲加工振動系統(tǒng)關(guān)鍵件設(shè)計17-29
• 2.1 超聲波原理17-19
• 2.2 超聲加工原理及其振動系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成19-22
• 2.3 超聲加工振動系統(tǒng)關(guān)鍵件設(shè)計方法22-28
• 2.3.1 工具刀的理論設(shè)計23-25
• 2.3.2 變幅桿的理論設(shè)計25-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第三章 超聲加工振動系統(tǒng)關(guān)鍵件有限元分析29-41
• 3.1 有限單元法概述29-31
• 3.2 模態(tài)分析理論31-32
• 3.3 諧響應(yīng)分析理論32-33
• 3.4 變幅桿有限元模態(tài)分析及諧響應(yīng)分析33-37
• 3.4.1 變幅桿模態(tài)分析33-36
• 3.4.2 變幅桿諧響應(yīng)分析36-37
• 3.5 工具刀有限元模態(tài)分析及諧響應(yīng)分析37-40
• 3.5.1 工具刀模態(tài)分析37-39
• 3.5.2 工具刀諧響應(yīng)分析39-40
• 3.6 本章小結(jié)40-41
• 第四章 振動系統(tǒng)關(guān)鍵件聯(lián)接面仿真處理分析41-51
• 4.1 機(jī)械結(jié)合面概述41-42
• 4.2 結(jié)合面接觸剛度分形模型42-45
• 4.2.1 結(jié)合面法向接觸剛度分形模型理論42-44
• 4.2.2 結(jié)合面切向接觸剛度分形模型理論44-45
• 4.3 機(jī)械結(jié)合面接觸區(qū)域等效建模45-48
• 4.4 振動系統(tǒng)考慮結(jié)合面的有限元分析48-50
• 4.4.1 振動系統(tǒng)結(jié)合面引入虛擬材料的模態(tài)分析48-49
• 4.4.2 振動系統(tǒng)結(jié)合面引入虛擬材料的諧響應(yīng)分析49-50
• 4.5 本章小結(jié)50-51
• 第五章 超聲加工振動系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計51-61
• 5.1 優(yōu)化設(shè)計概述51-52
• 5.2 振動系統(tǒng)優(yōu)化模型的建立52-54
• 5.2.1 設(shè)計變量的確定52-53
• 5.2.2 目標(biāo)函數(shù)的確定53
• 5.2.3 約束條件53-54
• 5.2.4 優(yōu)化方法54
• 5.3 超聲加工振動系統(tǒng)的優(yōu)化計算結(jié)果及分析54-59
• 5.4 對振動系統(tǒng)進(jìn)行重新設(shè)計之后的仿真結(jié)果驗證59-60
• 5.5 本章小結(jié)60-61
• 第六章 總結(jié)與展望61-63
• 6.1 總結(jié)61
• 6.2 展望61-63
• 參考文獻(xiàn)63-67
• 致謝67

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