功率超声振动珩磨空化声场研究

摘要

功率超声振动珩磨技术是一种用于难加工材料处理的先进、高效的方法。在功率超声振动珩磨加工环境下，珩磨液由于超声波所引起的声压扰动作用会产生空化效应。空化泡的生长、压缩、溃灭等一系列动力学行为都会对功率超声振动珩磨加工工件的表面质量产生影响。本文针对功率超声振动珩磨环境下的超声空化声场以及处于其中单个空化泡开展研究，结合超声空化理论知识，采用数学建模、数值模拟以及试验研究分析等方法，研究了多种因素对功率超声振动珩磨超声空化声场分布的影响以及声场中单个空化泡运动过程的影响。主要研究内容和结论如下： 1.在已有研究的基础上，考虑功率超声振动珩磨环境对超声空化声场的影响，建立了声场的数学模型，并用Matlab软件，对声场的分布情况进行了数值模拟，结果表明超声频率、超声振幅、液体介质，珩磨头的往复速度均在一定程度上会影响超声空化声场。 2.在上述所建立声场数学模型的基础上，研究功率超声振动珩磨环境以及声场参数对于单个空化泡运动过程的影响。结果显示空化泡初始半径、超声振幅、液体介质，珩磨头的往复速度、珩磨压力都会较大程度的影响空化泡的运动过程，增大空化泡运动的剧烈程度。然而，超声频率、珩磨头的回转速度则对空化泡运动过程的影响较小。 3.通过水听器法测量功率超声珩磨振动系统所引起的超声空化声场，以及铝箔腐蚀法测量超声空化声场的空化效应。验证了第二章数学模型和第三章数值模拟的正确性，并探究空化声场的空间分布情况对空化效应的影响。声场中声压值随着距离的增大而逐渐减小，空化效应对铝箔纸的空蚀效果也随着声压值的减小而减小。增大超声振动幅值，空化声场的声压值明显的增大；改变液体介质也会影响空化声场的声压以及空化效应的强度；增加空化效应的作用时间，会使得空蚀坑数量增多，密集程度也有相应的增加。

目录

声明

1 绪论

1.1 课题来源

1.2课题的研究背景及意义

1.3 功率超声振动珩磨技术的国内外研究进展

1.4超声空化的国内外研究进展

1.5本课题研究内容

2 超声振动珩磨作用下的空化声场理论分析

2.1空化的概述

2.2超声振动珩磨的空化机理

2.3.超声振动珩磨空化声场参数

2.4功率超声珩磨空化声场数学模型

2.5珩磨液中空泡的运动方程

2.6本章小节

3 超声振动珩磨空化声场的数值模拟分析

3.1 功率超声珩磨声场的影响参数

3.2 珩磨头底端声场的数值模拟

3.3超声参数和功率超声振动珩磨加工环境对空化声场的影响

3.4不同超声参数和功率超声振动珩磨加工环境对空化泡运动过程影响

3.5本章小结

4 功率超声振动珩磨空化试验

4.1 超声空化声场的常见测量方法

4.2 水听器法测量超声空化声场

4.3 铝箔腐蚀法测量超声空化声场

4.4本章小结

5 结论与展望

5.1结论

5.2不足与展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及所取得研究成果

致谢