稀土超磁致伸缩超声振动强化系统的研制与试验研究

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1、学校代码：公开：密级页士专业学位论文稀土超磁致伸縮超声振动强化系统的研制与试验研究作者姓名初永臣工程领域微纳制造技术指导教师李建勇教授培养院系机械与电子控制工程学院二零一五年六月口“交乂攀硕士专业学位论文稀土超磁致伸缩超声振动强化系统的研制与试验研究作者：初永臣导师：李建勇北京交通大学年月学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解北京交通大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权北京交通大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，提供阅览服务，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交

2、论文的复印件和磁盘。学校可以为存在馆际合作关系的兄弟高校用户提供文献传递服务和交换服务。保密的学位论文在解密后适用本授权说明）签字日期年月日学校代码：密级：公开北京交通大学硕士专业学位论文稀土超磁致伸缩超声振动强化系统的研制与试验研究作者姓名：初永臣学号：导师姓名：李建勇职称：教授工程硕士专业领域：微纳制造技术学位级别：硕士北京交通大学年月致谢本论文的工作是在导师李建勇教授和张勤俭教授的悉心指导下完成的，导师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢两年来老师对我的关心和指导。导师悉心指导我完成了实验室的科研工作，在学习上

3、和生活上都给予了我很大的关心和帮助，在此向老师表示衷心的谢意。实验室蔡永林老师、王纪武老师、程卫东老师、刘月明老师、樊文刚老师、曹建国老师宽以待人、诲人不倦的高尚品质和严谨的工作态度给予我极大的影响，在生活上给予无微不至的关怀。在此表达我的感激之情。在实验室工作及撰写论文期间，赵路明、王会英、聂蒙、冀士哲、张栋梁、苏凯凯等同学对我论文中的研究工作给予了热情帮助，在此向他们表达我的感激之情。另外也感谢家人，他们的理解和支持使我能够在学校专心完成我的学业。最后，对各位评审论文的专家、学者表示衷心的感谢。北京交通大学硕士专业学位论文摘要摘要零件的表面质

4、量对其疲劳寿命有极其重要的影响，生产中通常采用滚压、喷丸强化等光整工艺来提高工件表面质量。但由于其各自的工艺缺陷，常规光整方法对工件表面质量提高有限。采用超声挤压强化技术对高速列车车轴等零件进行表面强化具有较好的加工效果。但由于通常采用的压电换能器振幅小、功率低以及存在过热失效等问题，限制了该方法的进一步推广应用。稀土超磁致伸缩材料作为一种新型功能材料，具有能量密度高、输出振幅大、居里温度点高等特点，已经被应用到声呐及部分换能器的制造中。本文针对超声强化技术要求，设计了稀土超磁致伸缩换能器结构，并利用有限元法对换能器复合振子进行模态分析，得到其固

5、有频率和模态图；对换能器的整体结构进行了有限元磁场分析，确认所设计结构与选材的合理性和有效性。随后，完成了稀土超磁致伸缩换能器的样机制造，选配了超声电源，并对其输出振幅进行测量分析，结果显示：激励波形为方波时，当工作频率为时输出振幅最大，可达阿，比常用的压电换能器振幅办提高了五倍。在上述工作的基础上，为所研制的稀土换能器选配了超声电源，设计并加工出用于超声强化的工具头，搭建了整套超声强化系统。基于此系统，对钢进行超声强化试验研究，对比分析了超声振动挤压强化前后工件的表面粗糙度和硬度的变化。结果显示：超声强化后试件表面达到了镜面效果；在本文的试验条

6、件下，粗糙度较前道工序下降了左右，表面硬度提高了左右。关键词：稀土；超磁致伸缩；换能器；超声强化；有限元分析；粗糙度；硬度北京交通大学硕士专业学位论文，，，北京交通大学硕士专业学位论文目录目录录弓课题研究背景和意义表面强化技术国内外研究现状传统强化技术超声强化技术超声换能器国内外研究现状本课题选题依据本文的研究内容和总体框架研究内容总体框架稀土超磁致伸缩换能器的设计稀土超磁致伸缩材料特性稀土超磁致伸缩换能器结构设计设计要求复合振子设计磁路设计冷却系统设计预应力的设计稀土换能器结构与选材稀土超磁致伸缩换能器有限元分析有限元软件介绍复合振子的有限元振

7、动模态分析换能器的有限元磁场分析本章小结稀土超磁致伸缩换能器的实现与测试稀土超磁致伸缩换能器的实现换能器的组装稀土超磁致伸缩振动强化系统电源选配北京交通大学硕士专业学位论文录稀土超磁致伸缩换能器振幅的测量本章小结稀土超磁致伸缩强化系统的试验研究稀土超磁致伸缩振动强化系统工具头的设计超声强化系统的安装调试稀土超磁致伸缩强化系统强化试验研究试验材料选择及强化参数设定粗糙度测量及结果分析硬度测量及结果分析本章小结总结与展望全文总结工作展望参考文献作者简历及攻读硕士学位期间取得的研究成果独创性声明学位论文数据集北京交通大学硕士专业学位论文引言课题研究背景

8、和意义众所周知，零件的表面质量会直接影响其疲劳寿命。因此，零部件完成精加工后往往还要进行进一步的加工以提高其表面质量和精度。随着机械加工