基于二维声子晶体结构的大尺寸超声塑料焊接系统

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1、第37卷第5期Vol.37,No.52018年9月JournalofAppliedAcousticsSeptember,2018纪念应崇福院士诞辰100周年基于二维声子晶体结构的大尺寸超声塑料焊接系统王莎1林书玉1y段祎林2(1陕西师范大学陕西省超声学重点实验室西安710119)(2西安石油大学理学院西安710065)摘要在大尺寸的圆柱形超声塑料焊接系统的工具头上加工周期性槽，形成一种二维声子晶体结构。对基于二维声子晶体结构的圆柱形工具头进行了声子晶体的带隙分析，并对优化设计后的该超声塑料焊接系统进行数值模拟。探讨了开槽前后超声塑料焊接系统振型的变化以及工具头输出端面纵振

2、动的位移分布。研究结果表明，二维声子晶体结构能有效地抑制横向振动，增强纵向振动，并均匀输出端面的振幅，可以实现对超声塑料焊接系统的优化设计。关键词声子晶体，超声塑料焊接系统，横向振动，耦合振动中图法分类号:O426.2文献标识码:A文章编号:1000-310X(2018)05-0811-06DOI:10.11684/j.issn.1000-310X.2018.05.029Alarge-sizeultrasonicplasticweldingsystembasedontwo-dimensionalphononiccrystalstructureWANGSha1LINShuyu

3、1DUANYilin2(1ShaanxiNormalUniversity,ShaanxiKeyLaboratoryofUltrasound,Xi’an710119,China)(2SchoolofScience,Xi’anShiyouUniversity,Xi’an710065,China)AbstractThetoolheadofalarge-sizedcylindricalultrasonicplasticweldingsystemismachinedwithgrooveshavingaperiodicstructure.Atwo-dimensionalphononic

4、crystalstructureisformed.Thebandgapofacylindricaltoolheadbasedonatwo-dimensionalphononiccrystalstructureisanalyzed.Aftertheoptimaldesign,thecylindricalultrasonicplasticweldingsystembasedonthetwo-dimensionalphononiccrystalstructureisnumericallysimulated.Thevariationofthevibrationmodeoftheul

5、trasonicplasticwelingsystembeforeandafterslottingandthedisplacementdistributionofthelongitudinalvibrationoftheoutputfaceofthetoolheadoftheultrasonicplasticweldingsystemarediscussed.Theresultsshowthatthetwo-dimensionalphononiccrystalstructurecaneffectivelysuppresslateralvibration,enhancelong

6、itudinalvibration,andevenlyoutputtheamplitudeoftheendface.Theoptimaldesignoftheultrasonicplasticweldingsystemcanbeachieved.KeywordsPhononiccrystal,Ultrasonicplasticwelder,Lateralvibration,Coupledvibration2018-06-13收稿;2018-08-02定稿国家自然科学基金项目(11474192,11674206)作者简介:王莎(1994-),女,浙江宁波人,硕士研究生,研究

7、方向:声子晶体。y通讯作者E-mail:sylin@snnu.edu.cn8122018年9月独的共振系统组成，在系统各组成部分的共振频率1引言相同时，才能确保复合系统高效工作。超声塑料焊接系统可以焊熔各种热塑性塑料，2.1夹心式压电换能器理论分析焊接时间小于1s，具有快速、高效、经济等优点。超图2为夹心式换能器结构示意图，主要包括前声波塑料焊接已经广泛应用于汽车、医疗、制药等盖板、压电陶瓷晶堆和后盖板三个部分。本论文设各个行业[13]。超声焊接系统的工具头在工作频率计时采用最简单的等截面圆柱，且横截面积与陶瓷上