收稿日期 :2007-09-13
基金项目 : 国家自然科学基金资助项目(50535010)
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作者简介 : 张 楠(1979 - ) ,女 ,辽宁鞍山人 ,东北大学博士研究生 ; 闻邦椿(1930 - ) ,男,浙江温岭人 ,东北大学教授 ,博士生导师,
中国科学院院士
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第 29卷第6期
2008年 6 月
东北大学学报( 自然科学版)
Journal of Northeastern University
(
Natural Science
)
Vol
.29 ,
No
.6
Ju n
.2008
超声加工振动系统波动方程的定解分析
张 楠
1
, 侯晓林
2
, 闻邦椿
1
(1 .东北大学 机械工程与自动化学院 , 辽宁 沈阳 110004 ; 2 .中冶京诚工 程技术有限公司 , 北京 100176)
摘 要 : 建立超声振动系统的泛定方程 ,结合线性和非线性边界条件 ,确定系统的定解
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基于波动原理 ,
确定指数型过渡复合变幅杆的泛定方程 ,设定线性边界条件求解分段线性的非线性方程 ,推导出指数型过渡
复合变幅杆波节点位置和放大系数的一般公式 ;通过设定非线性边界条件确定系统的非线性动力学模型的
定解
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并用数据表明 ,该系统定解正确地表示了超声振动系统的动力学特性和复合变幅杆的波动性质 ,并为其
他超声振动系统提供了理论依据和参考
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关 键 词 : 波动系统 ;超声波振动 ;分段线性的非线性方程 ;复合变幅杆 ;非线性系统
中图分类号 :
TH
113 ;
O
347 .4 文献标识码 :
A
文章编号 : 1005-3026(2008)06-0877-04
Analy sis of Definite Solution to Wave Equation of Ultra s onic
Machining Vibration System
ZHANG Nan
1
,
HOU Xiao
-
lin
2
,
WEN Bang
-
chun
1
(1 .
S ch ool of Me cha nic a l En gine ering & A uto matio n
,
Northeastern University
,
Shenyang
110004 ,
China
;
2.
Cap ita l En gineering & R e s earc h I n c o r po rati on Lt d
.,
Beijing
100176 .
Correspondent
:
ZHANG Nan
,
E
-
mail
:
co oly oume
@126.
com
)
Abstract
:
A u niversa l de fin ing equ atio n o f ultra s o ni c v ibra ti on s yste m is deri v e d
,
with its de fi nite
solution ascertained involving both linear and nonlinear boundary conditions
.
Then
,
bas ed on the
wa ve theory
,
uni v ers al d efining equatio n o f c o mp os ite radiu s
-
changing horn is given in exponential
form
,
and the linear boundary condition is set to so lve the sectio nalized nonlinear equation to
derive the g eneral expressions of wave node position and am plification coefficient relevant to the
horn
.
Furthermore
,
th e n on l in ear b oundar y cond itio n i s set to provide the d ef inite s oluti on to the
nonlinear dynamic model of the system
.
The num erical results rev eal that the definite solution
giv es a corre c t e xpr e ssio n to the d yn a m i c ch aracteri sti c of ultra s on ic vibration s yste m and wa ve
motion of the horn
,
thus provid ing the o retical ly a ref ere nce for other ultras oni c vib ratio n sy stem
.
Key word s
:
wav e system
;
ultrasonic vibration
;
secti o naliz e d n on linea r equati o n
;
composite
radiu s
-
ch a ngi ng h o rn
;
nonlinear system
在自然界超声波普遍存在 ,对波的利用已经
广泛应用于人们的生活和生产实际中
[1]
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超声波
工业化已占有很重要的位置 ,表现出巨大生命力
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基于波振动原理 ,超声波加工是很多不易加工材
料极具潜力的加工方法之一
·
因此 ,人们对超声加
工理论及应用不断地研究和探索
[2 - 4]
;然 而 超 声
波在变形体中的传播及加工机理
[5 - 8]
的定解问
题的分析仍不全面
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对超声振动的研究 ,以数学为工具 ,求泛定方
程的定解是解决波动问题和波动理论发展的一个
重要方面
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超声波加工系统的核心是超声振动系
统,它由换能器、变幅杆和工具头组成
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本文以超
声振动系统中的指数型过渡复合变幅杆为例 ,来
研究超声波传播机理以及在线性和非线性边界条
件下的动力学模型的定解问题
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1 超声加工振动系统理论分析
超声振动加工系统中 ,超声波在变幅杆中的