试析聚焦式超声悬浮谐振腔结构设计及实验

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1、学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权江苏大学可以将本学位论文的全部内容或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和本学位论文属于解密后适用本授权书。指删雠：／磊7矗风L，_喝年6月f9Elf，——⋯独创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体己经发表或撰写过的作品

2、成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：硅之律日期：渺扩年∥月扣日L聚焦式超声悬浮谐振腔结构设计及实验TheStructureDesignandExperimentofUltrasonicLevitationResonantCavity姓2008年6月[江苏大学硕士学位论文摘要本文介绍了超声悬浮在国内外的研究应用现状和发展趋势，讨论了其在农业工程领域生物质精确定位输送的可行性。对比分析了聚焦式超声悬浮和平板式超声悬浮系统的声悬浮辐射力和悬浮

3、稳定性。根据超声悬浮系统工作要求建立了聚焦式超声悬浮系统的三维参数化模型，并建立了聚焦式超声悬浮系统的有限元模型，在此基础上，对聚焦式超声悬浮系统进行仿真分析，得到以下结果：(1)模态分析采用BlockLanczos法，在20k'--50k的频率范围搜索到其固有频率为：26311，26575，26577，28088，31957，33974，34230，34448，34449，37951Hz。四阶频率28088Hz下的纵向振动模态是最符合工作要求的，将其作为超声悬浮机构的工作频率。(2)在模态分析的基础上，对超声换能器进行了瞬态动

4、力学分析。在超声换能器上分别加载三角波和方波电压，结果表明方波电压适合驱动换能器。在换能器上加载不同值的方波电压，辐射端面随着电压的提高，响应时间越短，响应值越大。(3)以模态分析和瞬态分析的结果对不同谐振腔壁进行谐响应分析，得到了谐振腔的声压分布以及声场特性，据此优化设计谐振腔的辐射端面为球面，且谐振腔壁内径与辐射端外径相等；在优化谐振壁后对不同谐振腔长度(L)的超声悬浮系统进行了谐响应分析。结果显示随着L值的增大，声压值变化的趋势是先增大，然后趋向减小。根据仿真结果加工制造了超声悬浮系统实物模型，测试了实物模型最佳工作频率为

5、28000Hz，与仿真结果(28088Hz)相差3％，满足工程精度的要求。在此频率下进行了种子悬浮实验，实验结果如下：(1)种子悬浮在谐振腔中心的波节或波腹点附近；(2)对不同类型谐振腔壁和不同谐振腔长度下的悬浮性能进行了实验，结果表明优化后的谐振腔对超声悬浮系统的悬浮性能有很大的改善；(3)利用声压与功率成正比的关系，测量了同一颗种子在不同L值下使悬浮种子能够稳定的悬浮起来悬浮系统的功率。得到功率与L值的实验曲线，据此得到声压与谐振腔长度(L)的关系曲线，随着L值的增大，谐振腔内声压呈先增大后减小的趋势。关键词：聚焦，超声悬浮

6、，谐振腔，仿真分析，农业工程，声场L江苏大学硕士学位论文ABSTRACTThesituation、applicationandtrendofultrasoniclevitationwereintroducedinthispaper．ThesignificanceoftheapplicationofultrasoniclevitationtoagriculturalengineeringalsoWaSintroduced．Soundlevitationradiatingpowerandlevitationstabilityofth

7、efocusingtypeultrasoniclevitationandtheplate—typeultrasoniclevitationsystemwereanalyzed．WithPt0阻NGINEERsoftware。thethreedimensionalparametricmodeloffocusingtypeultraSoniclevitationsystemWaSestablishedaccordingtotheultrasoniclevitationsystemworkrequest．Andthen，thefini

8、teelementmodelWaSestablishedusingANSYSsoftware．Finiteanalysisgetsthefollowingresults：(1)Ranalysedtheultrasonictransducercarriedonth