蜂窝复合材料超声加工复合变幅杆的设计

摘要

在蜂窝复合材料的超声加工中,针对阶梯形变幅杆截面交界处突变存在应力集中,不适合在高振幅的情况下工作的情况,兼顾形状因素与放大系数,设计了指数过渡段、圆锥过渡段、悬链过渡段阶梯形变幅杆。通过波动方程建立变幅杆参数方程,计算了变幅杆的谐振长度、放大倍数、节点位置。利用ANSYS软件分别对指数过渡段、圆锥过渡段、悬链过渡段阶梯形变幅杆进行有限元分析,通过调节变幅杆的长度对变幅杆进行优化。计算表明,优化后变幅杆的频率误差降低,指数过渡段、圆锥过渡段、悬链过渡段阶梯形变幅杆的谐振频率分别为20.194 kHz,19.999 kHz,19.633 kHz,放大倍数分别为5.506,4.460,6.16,最大应力分别为38.976 MPa,30.399 MPa,55.593 MPa。将简单形状变幅杆与阶梯形变幅杆相结合,既有较大的放大系数又避免了应力集中。