幂函数剖面环形超声聚能器振动特性与仿真分析

"幂函数剖面环形超声聚能器的振动特性及其仿真分析 (2010年)，刘世清，苏超" 本文详细研究了幂函数剖面的环形超声聚能器在径向振动时的特性和仿真分析。超声聚能器是一种用于集中或转换超声能量的设备，它在众多领域如医学成像、材料加工、无损检测等方面有广泛应用。作者基于机电类比原理，对这种特殊剖面的聚能器进行了深入的理论分析。 首先，他们推导出环形聚能器径向振动的机电等效电路模型，这是理解其振动特性的关键步骤。等效电路模型能够帮助我们理解声波在聚能器内部传播和转换的过程，并且可以用来预测其共振行为。接着，通过这个模型，作者得到了聚能器径向振动的共振频率方程，这是一个数学公式，用于确定设备在不同参数下的共振频率。 在论文中，作者特别关注了聚能器的第一阶和第二阶共振状态。他们探讨了聚能器的位移振幅放大系数，即聚能器在共振时相对于输入振动的放大效应，以及这些系数如何随半径比（聚能器内半径与外半径之比）的变化而变化。研究发现，随着半径比的增加，聚能器的基本共振频率降低。而对于第二阶共振，其频率与半径比的关系呈现一个极小值，这意味着存在一个特定的半径比例，使得第二阶共振频率最小。 此外，论文还指出，振幅放大系数随幂次n的增大而增大。这意味着聚能器剖面的幂函数指数对振动特性有显著影响，更陡峭的剖面（更高的n值）将导致更大的振幅放大。这在设计高效聚能器时是非常重要的考虑因素。 为了验证理论分析的准确性，作者还进行了有限元模拟（FEM）仿真。通过这种方法，他们能够在计算机上模拟聚能器的实际振动情况，并对比理论计算结果。仿真结果与理论分析吻合，进一步证实了理论模型的有效性。 关键词包括环形聚能器、径向振动、振幅放大系数和频率方程，这些都是理解和优化超声聚能器性能的关键要素。该研究对于理解幂函数剖面的环形超声聚能器的工作原理，以及如何根据具体应用需求来调整其设计参数具有重要意义。