新型超声变幅杆的优化设计

作为变幅杆轴截面的母线形状，用ＡＮＹＳ有限元动力学分析与优化设计方法，计出了在满足应Ｓ设
材料许用工作应力条件下、有良好形状因数与较大振幅放大系数的新型变幅杆。具
关键词：超声变幅杆；力学分析；动二维轴对称建模；化设计优
ＪｎＹａｕ，ｎｉｈｉＹａＧａｇ
（ＴａｙａｉｅｓｔｆＴｅｈｏｏｙ，ｉｕｎ００２ＣｈｎｉｕｎＵｎｖｒｉｏｃｎｌｇＴａｙａ３０４，ｉａ）ｙ
Ａｂｔａｔｓｒｃ：Ｂａｅｎｌｍｉａｉｎｆｔｒｄｉｉｎａｏｎ—ｈａｅｍｐｉｉａｉｎｆｃｏｎｄｓａｅｆｃｏｓｄｏｉｔｔｏｓｏｈｅｔａｔｏｌｈｒｓｐｄａｌｃｔｏａｔｒａｈｐａｔｒｆｃｎｎｔｂｍｐｉｉｄａｈａｉｅｓｈｅｃｂｉｐｉｕｖｓｔｅｅａｒｘｏｈｅａｓｃｏｓ— ａｏｅａｌｅｔｔｅｓｍｅｔｍ，ｕｅｔｕｃｓｌｆｎｅｃｒｅａｈｅｇｎｒｔｉｆｔｘｉｒｓｓｃｉｎｏｈｏｎ，ｐｕｎｔｓｈｉｉｅｅｅｎｙａｃａａｙｉｎｄｏｔｍａｅｉｔｏｆＡＮ— ｅｔｏｆｔｅｈｒｔｉｏｕｅｔｅｆｎｔｌｍｅｔｄｎｍｉｎｌｓｓａｐｉｌｓｇｎｍｅｈｄｏｄＳｏｄｖｉｅｎｄｏｅｕｔａｏｎｃｈｒｏｎｌｅｈａｅｉｌＡｌＹＳｔｅｓｄａｋｉｆｎｗｌｒｓｉｏｎｎｔｏｙｍｅｔｔｅＭｔｒａｌｏｗａｌｒｎｇｓｒｓｏｂｅｗｏｋｉｔｅｓｃｎ—
杆和工具头组成。在超声振动系统工作过程中，由超声换能器辐射面所产生的振幅较小，只有几微米，
而超声加工所需要的振幅大约为几十至几百微米，
这就需要通过变幅杆的放大与聚能作用将机械振动质点的位移量和运动速度放大，并将超声能量集中
设计・究研
《电加工与模具｝００２１年增刊
新型超声变幅杆的优化设计
谨亚辉，轧刚
（太原理工大学机械工程学院，山西太原００２３０４）
摘要：基于传统形状的变幅杆放大系数与形状因数不能同时放大的局限性，３次样条曲线以
ｄｔｎ，ｂｔａｓａｏｄｓａｅｆｃｏｎａｇｒａｌｉａｉｎｆｃｏ．ｉｏｓｕｌｈｓａｇｏｈｐａｔｒａｄｌｒｅｍｐｉｃｔａｔｒｉｏｆｏ
Ｋｅｒｓ：ｕｔａｏｃｈｒｄｎｍｉｎｌｉｔ — ｉｎｓｏａｘａｙｙｗｏｄｌｒｓｎｉｏｎ；ｙａｃａａｙｓｓ；ｗｏｄｍｅｉｎｌａｉｌｓｍｍｅｒｔｙｍｏｄｌｏｔｍｕｍｅ；ｐｉ
在较小的面积上。超声变幅杆的性能主要是由变幅
１变幅杆的动力学分析
变幅杆的优化分析过程是建立在动力学分析基础上的。通过对变幅杆进行模态分析，找到在系统激振频率范围内的固有频率，然后，在该频率下对变幅杆进行谐响应分析，出变幅杆自由端面的振幅、得位移节点和最大等效应力，而计算出放大系数从Ｍ形状因数等性能参数。其中放大系数是指变幅、杆工作在共振频率时，入端与输出端的质点位移输或速度的比值；状因数是衡量变幅杆所能达到形的最大振动速度的指标之一，仅与变幅杆的几何它形状有关，值越大，过变幅杆所能达到的最大振通
动速度也越大。输入力阻抗Ｚ定义为输入端策动
杆的共振长度Ｌ、大系数Ｍ形状因数、移放、位
节输。变幅
杆的合理设计必须既能满足以上各性能要求，证保超声波加工，能满足变幅杆材料的强度要求。传又统的超声振动系统的设计主要依据解析法，经典从
ｄｓｇｅｉｎ
超声加工装置一般由超声发生器、能器、幅换变
发展，根据ＡＮＹＳ有限元分析软件可对变幅杆进Ｓ行模态振动分析及谐响应分析，在此基础上进行并优化，计出一种优于传统形状的新型变幅杆。设
中图分类号：Ｈ１３１Ｔ１．文献标识码：Ａ文章编号：０９—２９２１）Ｏ０３—０１０７Ｘ（００Ｓ一０７３
ＴｈｅＯｐｉｕｓｇｆａＮｅＫｉｄＵｌｒｓｎｉｏｎｔｍｍＤｅｉｎｏｗｎｔａｏｃＨｒ

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基于VB平台迭代法优化设计超声变幅杆

基于VB平台迭代法优化设计超声变幅杆
杨晓燕;杨金华;洪加发
【期刊名称】《机械研究与应用》
【年(卷),期】2013(026)002
【摘要】论述了在VB平台上用迭代法优化设计超声变幅杆的过程.通过VB编程优化设计大大的缩短超声变幅杆设计周期,使设计精度得到显著提高,并且可以设计出用传统的设计方法所无法达到的最优方案.VB编程不但能用于机械设计计算程序,更重要的是能用于机械设计计算的研究,寻找最优的解为设计人员提供最佳的设计建议.
【总页数】3页(P127-129)
【作者】杨晓燕;杨金华;洪加发
【作者单位】苏州通鼎机械有限公司,苏州江苏 215000
【正文语种】中文
【中图分类】TH12
【相关文献】
1.浅谈基于VB的任意波发生器中关于VB的优化设计 [J], 王文斐;黄长建
2.基于ANSYS的超声变幅杆的优化设计 [J], 原丰霞;张慧君;朱国良
3.基于多目标遗传算法的贝塞尔超声变幅杆优化设计方法研究 [J], 纪华伟;赵双双;胡小平
4.基于代理模型的大尺寸矩形截面超声变幅杆的优化设计 [J], 赵仕杰
5.基于代理模型的大尺寸矩形截面超声变幅杆的优化设计 [J], 赵仕杰
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超声变幅杆参数化优化设计研究

ｍｐａｌｉｔｕｄｅｈｏｎａｒｒｅｉｎｐｕｔｔｅｄｉｎｔｏｔｈｅｖｓｉｕｌｉａｎｔｅｆｒｃｅａｏｆＶＢ，ｎｄＶａＢｃｌａｌｓｔｅｈｏｐｔｉｍｉｚｅｄｉｌｆｅｖｓｉｕｌａｌｙｔｈｔｇａｅｎｅｒａｔｅｄｂｙｔｈｅＡＮＳＹＳｅｒｈｅｔｐｒｏｇｒｍａｃｏｄｅｓｉｗｎｔ￣ｎ，ｎｄｕａｓｅｒｓｃｎａｓｅｌｅｃｔｔｈｒｅｅｋｉｎｄｓｆｒｏｅｓｕｌｔｓｉｎｔｅｈｗｏｒｋｉｎｇｄｉｒｅｃｔｏｒｙ，ａｎｄｐｒａａｍｅｔｒｉｃｅｓｄｉｇｎａｎｄｏｐｔｉｍｌａｅｓｄｉｇｎｆｔｏｈｅａｍｐｌｉｔｕｅｄｈｏｒｎｉｎｖｉｂｒｔａｉｏｎｓｙｓｔｅｍｆｕｏｌｔｒａｓｏｎｃｉｒａｅｒｅｌｉａｚｅｄｉｎｔｈｉｓｗａｙ，ｗｈｃｈｉｗｉｌｌｎｏｔｏｎｌｙｏｖｏｉｄｓｏｌｖｉｎｇ
ｅｃｍｈａｎｉｃａｌｖｉｂｒｔｉａｏｎ￣ＴｈｅｏｐｔｉｍｉｚｔａｏｎｉｆｕｎｃｔｏｎｉｏｆＡＮＳＹＳｒｅａａｐｐｌｅｉｄｔｏｏｐｔｉｍｚｉｅｔｈｅｃｏｎｅ－ｓｈａｐｅｄｈｏｒｎｆｔｏｈｅｔｒａｎｓｉｔｉｏｎａｌ

超声变幅杆设计资料

3.2变截面杆纵振动的波动方程
考虑由均匀、各向同性材料所构成的变截面杆,在杆的横截面尺寸远小于波长时，不计其机械损耗，并设平面纵波沿杆轴向传播，即在杆的横截面上应力分布是均匀的。
图3.1变截面杆的纵振动[2]
图3.1所示的是变截面杆纵振的示意图，图中的轴是变幅杆的中心对称轴，作用在微小体元（，所限定的区间）上的张应力为，利用牛顿定律，加以推导,可以得处变幅杆理论的关键动力学方程［9]：
二、课题研究的基本内容和拟解决的主要问题
2。1课题的主要技术参数或研究目标
超声变幅杆的大端与换能器连接，小端与刀具连接，主要数据：大端直径87mm，小端直径17mm（圆锥形变幅杆大端87mm，小端37mm)，工作频率20KHz，所用材料为45钢。
2。2课题主要完成内容和工作量要求
（1）查阅和收集超声变幅杆相关方面的资料。
放大系数mp就是指变幅杆工作在共振频率时输出端与输入端得质点位移或速度振幅得比值形状因数就是衡量变幅杆所能达到最大振动速度得指标之一它仅与变幅杆得几何形状有关值越大所能达到得最大振动速度也越大输入力阻抗zi定义为输入端策动力与质点振动速度得复数比值变截面杆纵振动得波动方程考虑由均匀各向同性材料所构成得变截面杆在杆得横截面尺寸远小于波长时不计其机械损耗并设平面纵波沿杆轴向传播即在杆得横截面上应力分布就是均所示得就是变截面杆纵振得示意图图中得轴就是变幅杆得中心对称轴作用在微小体元所限定得区间上得张应力为利用牛顿定律加以推导可以得处变幅杆理论得关键动力学方程其中
（3。1)
其中: ——杆的横截面积函数；
--质点位移；
——应力函数;
—-杆材料的密度；
-—杨氏模量。
当处于简谐振动的情况下，式（3。3）又可以改写成
（3.2）

样条曲线型超声变幅杆节点优化

样条曲线型超声变幅杆节点优化段宇飞;白小云;轧刚;陈晓燕【摘要】A new type of ultrasonic horn with cubic spline curved generatrix of the axis cross section not only works below the Material Allowable working stress conditions,bat also with a better shape factor and greater amplification favtor is designed based on optimization of Ansys.The theoretical position of node is calculated using Matlab.In view of the amount of calculation of traditional method based on wave theory is large and the relative offset between the contour of the horn and the corresponding axis exists,a method of ultrasonic horn node localization based on Ansys optimization design method is proposed.Its correctness is verified in comparison with the node position calculated through theoretical method.%以3次B样条曲线作为超声变幅杆横截面的轮廓形状,应用有限元软件ANSYS的动力学分析功能与优化设计方法,设计出在既能满足材料许用工作应力、又具有较高形状因数与较大振幅放大系数的新型超声变幅杆.应用Matlab软件对其节点位置进行理论计算.针对传统基于波动理论的求解方法计算量大,变幅杆轮廓线质点与对应轴线质点之间存在相对偏移等问题,提出一种基于Ansys有限元动力学分析与优化设计方法的变幅杆节点定位方法.并应用于传统形状变幅杆进行比较,验证了其正确性.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)005【总页数】3页(P249-251)【关键词】超声变幅杆;节点;有限元;优化设计;插值函数;波动理论【作者】段宇飞;白小云;轧刚;陈晓燕【作者单位】太原理工大学机械工程学院,山西太原030024;太原理工大学机械工程学院,山西太原030024;太原理工大学机械工程学院,山西太原030024;太原理工大学机械工程学院,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TH16;TH122超声变幅杆的性能对于整个超声振动系统十分关键。

解析带有加工工具的超声复合变幅杆的优化

解析带有加工工具的超声复合变幅杆的优化摘要：对于传统的带有加工工具的超声复合变幅杆的求解来说，具有很大的局限性，因此求得的结果不够精确，可以利用有限元法，设计并优化带有加工工具的复合变幅杆，对其性质进行分析，同时也要在保证其工作应力在相应材料允许的范围前提下，来得到最佳放大倍数以及谐振长度，来优化多个复杂形变幅杆。

关键词：超声复合变幅杆；优化；设计；方案前言随着科技的进步，材料技术也发生了很大的变革，一些脆性材料以及复合材料逐渐崛起，但是却也带来了一些问题，尤其是在加工中，存在很大的问题，脆性材料的精确度不够用高，并且可靠性不达标，阻碍了脆性材料的广泛应用。

而超声加工工具主要是利用超声发生器、换能器以及变幅杆与工具头组成，在超声振动系统中，超声变幅杆是重要组成部分，当工作频率在一定范围之中，超声换能器的辐射面仅有几微米，但是超声加工中需要的振幅很大，因此必须要利用变幅杆的聚能作用将振动质点的位移量以及速度放大。

1.传统的复合变幅杆设计人们将单一的变幅杆组合，形成复合变幅杆，这种复合变幅杆有很多类型，对于传统的复合超声变幅杆的设计来说，主要是利用母线形状不同的函数进行求解。

根据波动方程计算，对于各段之间的位移以及应力进行求解，计算谐振长度，最终完成设计。

对于工具杆长度的计算，主要是利用半波长理论进行设计。

但是在实际的应用中，为了能够增强工具的刚性，工具杆长度设计会偏小，同时为了能够保证系统工作频率的谐振，变幅末端的长度也会适当的缩短。

但是传统的函数计算公式都是属于经验公式，在计算结果方面存在很大的差异，并且微分方程具有很大的复杂性，因此，带有加工工具的复合形变幅杆，很难得到准确的结果。

另外，根据加工与安装的方便，变幅杆以及换能器与工具杆必须要用螺栓连接，因此采用解析的方法十分困难，并且传统的解析方法，会忽略这一点。

除了传统的解析方法之外，也有很多中变幅杆的设计，其中主要有替代发、等效电路法等。

2.带有加工工具的复合形变幅杆的优化方案对于复合形变幅杆中设计的优化性，要做一定量的动力学分析。

旋转超声加工装置的设计与新型变幅杆的研究

太原理工大学硕士学位论文旋转超声加工装置的设计与新型变幅杆的研究姓名：杨志斌申请学位级别：硕士专业：机械制造及其自动化指导教师：轧刚20080501太原理jI．．大学硕士研究生学位论文旋转超声加工装置的设计与新型变幅杆的研究摘要随着科学技术的发展，各种高性能的陶瓷材料不断涌现。

由于陶瓷材料具有硬度高、耐高温、耐磨损、耐腐蚀等优良性能，在机械、电子、航空、汽车等领域上具有广阔的应用前景。

但由于其硬度和脆性高，难以加工，应用受到制造成本的限制。

超声加工己被证明是陶瓷、石英、金刚石、半导体等硬脆性材料加工的有效方法。

传统的磨料悬浮液超声加工工具磨损大，加工精度和加工效率也不高，因此国内外都在寻找新的加工方法并研制相应的新型设备。

研究表明，在传统超声加工的基础上发展的采用金刚石工具的旋转式超声加工是加工硬脆材料的一种有效方法，具有良好的发展前景。

超声加工装置主要由超声波发生器、换能器和变幅杆组成，其中的变幅杆在加工过程中处于极其重要的地位，它的主要作用是在其输出端：睁换能器输入的机械振动的质点位移或速度放大，或者将超声能量集中在较小的面积上。

振幅放大比是变幅杆的重要性能参数，对加工过程中的材料去除率有较大影响。

各种传统形状的变幅杆各有优点，但都不是最理想的。

指数形和圆锥形变幅杆的放大倍数较低，降低了加工效率；阶梯形虽然有比圆锥形和指数形变幅杆大的多的放大倍数，但其直径突变引起过高的工作应力，即使在突变处采用圆锥或圆角过渡可以降低工作应力，也要损失较大的振幅放大比。

随着有限兀理沦的完善和相关应用软件的发展，通过计算机育接进行变幅杆的设计成为可能。

本文以提高超声加T装置的效率为J斗J发点，设计并制造了旋转超声加工振动装置；通过对变幅杆的研究，设计出具有大振幅比的新型超声变幅杆。

主要研究内容有：太原理I：人学硕十研究生学位论文1．选购大功率超声波发声器与压电式换能器，设计并制造旋转超声加工机床振动装置。

2．应用解析法对传统的指数形、圆锥形、阶梯形变幅杆进行设计，求出其振幅放大比、节点位置、谐振长度等参数。

超声变幅杆的设计

本科毕业论文(2015届)题目超声变幅杆及其性能参数测试平台设计学院机械工程学院专业机械设计制造及其自动化班级学号学生姓名指导教师完成日期2015年5月诚信承诺我谨在此承诺：本人所写的毕业论文《超声变幅杆及其性能参数测试平台设计》均系本人独立完成，没有抄袭行为，凡涉及其他作者的观点和材料，均作了注释，若有不实，后果由本人承担。

承诺人(签名)：年月日摘要本文从已知的变幅杆大小端直径、工作频率和材料出发，对超声加工系统中的变幅杆进行了研究。

本文主要包括以下研究内容：1.根据已有的变幅杆大小端直径，通过波动方程理论，完成对阶梯型、指数形、圆锥形三种变幅杆的外形设计计算。

2.利用有限元方法，借助有限元软件ANSYS对设计出的三种变幅杆进行动力学分析。

先在SolidWorks中建立三种变幅杆的三维模型，再导入ANSYS中进行模态分析和谐响应分析。

模态分析是指在规定超声波发生器所产生的振动的频率范围内，测定出变幅杆的各个固有频率。

谐响应分析是指确定变幅杆的一个固有频率，并在变幅杆的一个固定断面施加一个正弦规律的振动，再测定变幅杆的自由端的振动变化。

通过比较自由端和固定端的振幅大小变化，求出所设计的变幅杆的振幅放大比。

3.搭建实验测定平台。

搭建了单独测定变幅杆放大系数的实验平台，还搭建了测定超声振动系统性能的实验平台，并对已有的变幅杆加以实验测定。

通过阻抗分析仪、激光位移传感器等得到谐振频率、放大系数的实际测量数据，并判定了已有的超声振动系统的性能。

关键词：超声变幅杆；有限元；模态分析；谐响应分析；实验平台ABSTRACTStarting from the known diameters of both ends of ultrasonic horn, the working frequency and the material, the horn with the ultrasonic processing system were studied. This paper mainly includes the following contents:1.According to the diameters of both ends of ultrasonic, and by the theory of wave equation, complete the size calculation of tapered, exponential and stepped ultrasonic horn.ing the finite element method, complete the dynamics analysis of three horn by the finite element software ANSYS. First, we should set up 3D models of three horn in SolidWorks, and then import 3D models to ANSYS for modal analysis and harmonic response analysis. Modal analysis is in accordance with the ultrasonic generator vibration frequency range and determine each natural frequency of the horn. Harmonic response analysis is in the determined natural frequency of a horn, and the horn of a fixed section applied a sinusoidal vibration, to determine the vibration change of the free end of the horn. By comparing the amplitude change of the free end and the fixed to get the amplification ratio of the designed horn.3.Set up the experimental test platform.The experimental platform of measuring the amplification coefficient of variable amplitude rod is established, and then the experimental platform of measuring the ultrasonic vibration system performance is established, and the existing variable amplitude rod was measured experimentally. The actual measurement data of the resonant frequency and the amplification coefficient are obtained by the impedance analyzer and laser displacement sensor, and the performance of the ultrasonic vibration system is determined.Keywords: ultrasonic horn；finite element；modal analysis；harmonic response analysis；experimental platform目录第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 国内外研究发展历程 (1)第二章超声波加工概述 (4)2.1 超声波的特点 (4)2.2 超声加工的基本原理 (5)2.3超声加工的特点 (7)第三章变幅杆的设计 (8)3.1 变幅杆设计理论 (8)3.1.1 变幅杆设计概述 (8)3.1.2 变截面纵振动的波动方程 (8)3.2 指数形变幅杆的理论计算 (10)3.2.1 指数形变幅杆频率方程和谐振长度 (11)3.2.2 指数形变幅杆的位移节点x (11)M (12)3.2.3 指数形变幅杆的放大系数p3.2.4 指数形变幅杆的计算 (12)3.3 圆锥形变幅杆的理论计算 (12)3.3.1 圆锥形变幅杆的频率方程和谐振长度 (13)3.3.2 圆锥形变幅杆的位移节点x (14)3.3.3 圆锥形变幅杆的放大系数M (14)p3.3.4 圆锥形变幅杆的计算 (14)3.4 阶梯形变幅杆的理论计算 (14)3.4.1 阶梯形变幅杆的位移节点x (15)M (16)3.4.2 阶梯形变幅杆的放大系数p3.4.3 阶梯形变幅杆的计算 (16)第四章运用ANSYS对变幅杆的动力学分析 (17)4.1 有限元方法简介 (17)4.2 有限元方法动力学分析的理论基础 (18)4.2.1 模态分析的力学基础 (18)4.2.2 谐响应分析的力学基础 (19)4.3 变幅杆的动力学分析 (20)4.3.1 变幅杆模型的建立 (21)4.3.2 变幅杆网格的划分 (22)4.3.3 变幅杆的模态分析 (23)4.3.4 变幅杆的谐响应分析 (25)第五章变幅杆性能参数测试实验平台的搭建 (29)5.1 实验目的 (29)5.2 实验设备 (29)5.2.1 压电式加速度传感器 (29)5.2.2 电荷放大器 (31)5.2.3 示波器 (32)5.3 实验测试系统的搭建 (32)第六章超声振动系统实验平台的搭建 (34)6.1 实验简介 (34)6.2 主要实验设备 (34)6.2.1 激光位移传感器 (34)6.2.2 阻抗分析仪 (35)6.3 实验测试系统的建立 (35)6.4 实验测试过程与结果分析 (36)第七章总结与展望 (39)7.1 总结 (39)7.2 展望 (39)致谢 (41)参考文献 (42)第一章绪论1.1 引言超声波加工是一种近十几年来新兴的加工技术，目前已经在很多工业中得到了应用。

基于有限元的超声复合变幅杆的动力学分析及优化设计

基于有限元的超声复合变幅杆的动力学分析及优化设计
随着科学技术的发展，超声波技术在医学、工程等领域中应用日益广泛。

超声复合变幅杆是一种基于超声波原理的新型变振幅装置，具有振动幅度大、频率可调、能量传递高等优点。

本文基于有限元方法对超声复合变幅杆的动力学进行分析，并进行优化设计。

首先，本文对超声复合变幅杆的结构进行了建模。

通过有限元软件对变幅杆的材料进行建模，确定了杆件的几何形状和材料属性，并进行了网格划分。

然后，根据超声波的传播原理，建立了超声波在变幅杆中的传播模型。

考虑到杆件的材料的非线性特性和超声波的传播特性，采用有限元方法对超声波的传播过程进行了模拟计算。

接下来，本文对超声复合变幅杆的动力学性能进行了分析。

通过有限元分析软件对变幅杆在不同工况下的振动响应进行了模拟计算，并得到了变幅杆的频率响应曲线和振动幅度。

同时，分析了杆件的应力、应变分布情况，评估了变幅杆的结构强度和稳定性。

最后，本文针对超声复合变幅杆的动力学特性进行了优化设计。

通过调整杆件的几何参数和材料属性，优化了变幅杆的频率响应和振动幅度。

同时，对杆件的应力和应变进行了优化，提高
了变幅杆的结构强度和稳定性。

通过优化设计，使超声复合变幅杆的性能得到进一步提升。

综上所述，本文基于有限元方法对超声复合变幅杆进行了动力学分析，并进行了优化设计。

通过对变幅杆的结构进行建模和分析，得到了变幅杆的频率响应和振动幅度。

通过优化设计，改善了变幅杆的动力学性能，提高了杆件的结构强度和稳定性。

这对于超声波技术的应用和超声波设备的设计具有重要的理论和实际意义。

大振幅比超声变幅杆的优化设计

面积上。振幅放大比是变幅杆的重要性能参数，对
计出了一种在满足许用应力条件下具有大振幅比的
新型变幅杆。
１传统形状变幅杆的解析计算
传统形状变幅杆的设计主要基于微分波动方
程［，：２３］
（１）
式中：为杆的横截面积函数，＝Ａ（）为质ＡＡ；点位移函数，（；为应力函数，＝（＝＝））
Ｅ￣Ｏ（Ｏ／ｘ，ｐ为材料的密度，为杨氏模量）Ｅ。
倍数，它的直径突变会引起过高的工作应力，但即使在突变处采用圆锥或圆角过渡以降低工作应力，也
要损失较大的振幅放大比。
在简谐振动的情况下，（）写成：式１可
随着有限元理论的完善和相关应用软件的发
２去筹． … ＝ ’．筹＋０ＡＫ
＋
（２）
展，通过计算机直接进行变幅杆的设计成为可能。
（ＴａｙａｉｅｓｔｆＴｅｈｏｏｙ，ｉｕｎ００２ｉｕｎＵｎｖｒｉｙｏｃｎｌｇＴａｙａ３０４，Ｃｈｎｉａ）
Ａｂｔａｔｎｏｄｒｔｎａｅｔｅｍａｅｉｌｒｍｏａａｅｉｌｒｓｎｉｃｉｉｇ．ｂｓｄｏｄｌｓｒｃ：ＩｒｅｏｅｈｎｃｈｔｒａｅｖｌｒｔｎｕｔａｏｃｍａｈｎｎａｅｎｍｏｅａａｙｉｎａｍｏｃｒｓｏｎｅａａｙｉｆＡＮＳＹＳ，ｔｈａｎｉｒｔｏｅｇｔｆｔｅｕｔａｎｉｎｌｓｓａｄｈｒｎｉｅｐｓｎｌｓｓｏｈｅｓｐｅａｄｖｂａｉｎｌｎｈｏｈｌｒｓｃｏｈｏｎｗａｐｔｍｉｅｙｕｉｇｏｔｍｕｍｅｉｎｏｒｓｏｉｚｄｂｓｎｐｉｄｓｇｆＡＮＳＹＳ，ａｅｋｎｄｏｌｒｓｎｃｈｒｔａｇｎｄａｎｗｉｆｕｔａｏｉｏｎｗｉｈｌｒｅａｌｕｅｒｔｏａｄｓｉｆｉｇｐｏｉｅｔｅｓｗａｅｉｅｍｐｉｄａｉｎａｔｓｙｎｒｍｓｄｓｒｓｓｄｓｇｎｄ．ｔＫｅｒｓｌｒｓｎｃｈｒｍｏｅｎａｙｉ；ａｍｏｉｅｐｎｓｎｌｓｓ；ｐｔｍｕｍｅｉｎｙｗｏｄ：ｕｔａｉｏｎ；ｄｌａｌｓｓｈｒｎｃｒｓｏｅａａｙｉｏｉｏｄｓｇ

超声变幅杆自动优化设计方法及系统

超声变幅杆自动优化设计方法及系统
程峰;刘爽;侯峰
【期刊名称】《现代制造工程》
【年(卷),期】2022()3
【摘要】超声变幅杆是超声加工装备中的重要部件,现有的优化设计方法经验依赖性强、计算量大,共振频率会因节点法兰等产生偏移。

提出了一次成型的参数化自动建模方法、自适应网格划分方法、超声性能分析判别算法及以差分进化算法为核心的优化设计方法。

提出了基于Python语言和APDL语言的自动化设计系统。

并以细长型带节点法兰贝塞尔曲线形变幅杆为例,进行了自动设计。

设计结果及试验表明,共振频率偏移的消除率达98.7%,放大系数符合设计目标。

在保证了超声性能的前提下,大幅节约了人力成本,缩短了超声加工设备的设计周期。

【总页数】7页(P127-132)
【作者】程峰;刘爽;侯峰
【作者单位】华东理工大学机械与动力工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TH113.1
【相关文献】
1.基于多目标遗传算法的贝塞尔超声变幅杆优化设计方法研究
2.金刚石线锯超声复合加工系统锥形超声变幅杆的研究设计
3.超声变幅杆设计用表的计算机编制
（IV）：纵,扭振变幅杆两用表4.基于代理模型的大尺寸矩形截面超声变幅杆的优化设计5.基于代理模型的大尺寸矩形截面超声变幅杆的优化设计
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