超声复合场聚焦性能及输运方法研究

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1、杭州电子科技大学硕士学位论文超声复合场聚焦性能及输运方法研究研究生:杜锡标指导教师:吴立群教授2014年12月DissertationSubmittedtoHangzhouDianziUniversityfortheDegreeofMasterResearchonfocusingpropertiesandtransportationmethodbasedoncompoundultrasonicfieldCandidate:DuXibiaoSupervisor:Prof.WuLiqunDecember,2014杭州电子科技大学硕士学位

2、论文摘要20世纪以来，随着机械加工技术的迅速发展，新型特种加工方法应运而生。特种加工方法相对于传统加工方法有很多的优点，不仅解决了传统方法难以解决的问题，而且在精密度、复杂度上都有了明显的提升，因此对于新型特种加工方法的研究是非常有必要的。本文首次提出了超声驻波与超声聚焦复合场定位理论和加工技术这种新型特种加工方法，该方法通过超声驻波场建立加工的无容器悬浮环境，以超声波为主导能量，运用超声阵列相位调制聚焦技术，对被悬浮坯料进行点蚀切割分离，最后利用超声驻波和超声聚焦复合场的力学特性将被“切割”下的微小废料运离被加工对象来完成加工。为

3、了研究其相关机理，本文首先讨论了小球体在超声驻波场中的受力，建立运动方程后分析小球体的受力运动情况。然后研究了超声相控阵的延时聚焦原理，并通过Matlab模拟了超声相控聚焦声场，分析了影响聚焦性能的因素。最后通过对超声复合场中的小球体进行力学分析，阐述了超声复合场的输运方法。本文主要研究内容及成果如下：1.根据超声驻波的原理，通过对驻波场中小球体的受力建立方程，得出小球体在驻波中的悬浮位置有一个稳定悬浮位置和不稳定悬浮位置。建立了驻波场中小球体的运动方程，通过仿真了小球体在驻波中的运动，得出超声频率、声压幅值、小球体的密度对其运动均

4、有影响。通过提高频率和声压幅值能缩短小球体到平衡位置的时间，小球体密度越小到达平衡位置的时间越短。2.对相控阵聚焦的声场分布情况进行了仿真，分析影响聚焦性能的因素得知，适当地增加阵元个数，加大阵元间距，提高发射频的情况下，能够很好地提高相控聚焦的聚焦精度、缩小焦域以及提高聚焦区域内的能量。为焦点及焦域的控制方法提供了一定依据。3.建立了超声复合场中小球体的辐射力叠加模型，提出了竖直方向和水平方向这两种输运方案。关键词：特种加工，驻波悬浮，相控聚焦，声辐射力I杭州电子科技大学硕士学位论文ABSTRACTSincethe20thcent

5、ury,withtherapiddevelopmentofmachiningtechnology,thenewspecialprocessingmethodshaveemerged.Comparedwiththetraditionalprocessingmethods，thenewspecialmachiningtechnologyhasmadeprogressobviously,notonlytosolvethetraditionalmethodscannotsolvetheproblem,butonprecision,compl

6、exityhassignificantlyimproved,sothestudyofnewspecialprocessingmethodisverynecessary.Thispaperfirstlyintroducesapositioningtheoryandanewprocessingmethodbothbasedonultrasonicstandingwaveandultrasonicfocusingcompositefield.Inthismethod,ultrasonicstandingwavefieldestablish

7、mentsuspendedcontainerprocessingenvironment,ledtotheultrasonicenergy,andtheuseofanarrayofphasemodulationfocusedultrasoundtechnology,hasbeensuspendedforbilletswerepittingsingulation.Finallyusingultrasonicstandingwavesandultrasonicfocusingonthemechanicalpropertiesofcompo

8、sitefieldwillbe"cut"tinyscrapofshipmentfromtheprocessedobjecttocompletetheprocessing.Forstudythecorrelationmechanism.