长条形超声塑料焊接模具的振动分析

《长条形超声塑料焊接模具的振动分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、维普资讯http://www.cqvip.com深圳职业技术学院学报2003年第4期JournalofShenzhenPolytechnicNo．4．2003长条形超声塑料焊接模具的振动分析梁明军，周光平，王家宣(1．深圳职业技术学院电子通信工程系，广东深圳518055：2．南昌航空工业学院，江西南昌330034)摘要：基于表观弹性法，作者研究了大尺寸长条形超声塑料焊接模具的二维耦合振动，并建立了相应的设计理论。并用通用有限元软件对这一理论进行了验证。该方法为大尺寸超声塑料焊接模具的分析和设计提供了一条途径。关键词：超声塑料焊接模具；耦合振动：

2、有限元中图分类号：TB124；032；0241．82文献标识码：A文章编号：1672—0318(2003)04-0005—04超声波塑料焊接模具因焊件形状不同而不基本单元：中间单元和端部单元，如图2所示。模同，模具类型很多，需要专门设计。模具设计的具结构各部分的名称也在图中标出：槽部、柱部和好坏直接关系到焊接质量，因此它是工程中一个桥部。在工作频率下，模具在y方向产生一阶纵向十分重要的问题。对于横向尺寸小于四分之一波振动，各柱部作同位相、同振幅振动。柱部在y方长的模具，可以利用一维理论来分析和设计，对向伸缩变形，桥部在x方向产生伸缩变形。为使上

3、于横向尺寸大于四分之一波长的大尺寸模具，一下端面产生同位相、同振幅，基本单元体桥部x方维设计理论已不适用，必须考虑耦合振动。在工向为纵波的一个波长，各柱的中心为应力分布的波程应用当中，目前主要依赖于实践经验，采用传腹位置。桥部起着横向传递振动能量的作用。统的开槽方法，来解决横向尺寸小于一个波长的模具设计问题。对于横向尺寸大于一个波长、甚至达几个波长的模具，由于存在耦合振动而变得复杂，目前还没有很好的设计理论，而数值方法，如有限元法，尽管分析准确，但工程设计中使用不方便。因此超声波塑料焊接模具的分析理论，是工程中亟待解决的问题。本文以表观弹性法为

4、理论基础，对一种大尺图1恒截面长条形模具实体模型寸长条形超声塑料焊接模具的耦合振动进行了分桥部析，并提出了设计理论。1大尺寸长条形超声塑料焊接模Ⅳ个中具的振动分析间堕一本文分析的一种大尺寸长条形超声塑料焊接兀体模具，如图1所示。定义模具的长度、高度、厚度方向分别为x，y和z方向。将其分解为2种图2模具的单元体组成牧麓日期：2003—10—10基金项目：深圳市科技计划资助项目(Ol106)，航空基金(00H56008)作者■介：梁明军(1977-)，男，江西万安人，硕士研究生，主要研究方向为功率超声。一i维普资讯http://www.cqvip.

5、com6深圳职业技术学院学报第2卷1．1中间单元体的振动分析动频率；C0为细长棒中的声速。由方程(4)即可将模具中间单元划分为A，B，CI几个部分，得到图3中的中间单元长度方向的设计尺寸。如图3所示。为了更好地满足模具柱部高度方向产生纵向振动，而不产生振动耦合，要求柱部的应力横向尺寸较小，取2Ll≤。对于长条形超声塑料焊接模具，厚度方向的尺寸较小，因此假定位移在厚度方向不存在耦合振动。于是可以认为A部分存在x和y方向的二维耦合振动，部分只存图4中间单元体内横向振动结构在x方向的纵向振动，而Cl部分只存在y方向的纵向振动。根据前面的分析，定义部分

6、的耦自由面合系数J=㈩，分别为A部分x方向和y方向所受的应1力。根据弹性力学应力应变关系，可以得到在x，y方向的表观弹性常数，E刚性面Ex-E图5中间单元纵向振动结构(2)如上所述，为了使模具柱部在y方向上产生纵E=而E(3)向振动，即横向尺寸较小，假定柱部尺寸II≤入，可以认为柱部只存在y方向的纵向振动。对AL2x2LixLwJ部分，由于n取一个较大的值(如n=20)，根据公式(3)，可以近似认为E、．=E，因此用等效传输线法，j乔}部￡，应用一端为刚性面，一端为自由面，以A’A．．和Cl，Cl几部分为研究对象，端面为自由面，在中L2y部间对

7、称面为刚性面，如图5所示，建立其高度方向l的频率方程I3】：J，Itan(k0厶)tan(koL2)=_(5)LlJ十L2图3中f"7单元体由方程(5)即可得到图3所示中间单元高度方向的因此A部分的振动可以看作是由x和y方向2设计尺寸。个一维纵向振动耦合而成。为使A部分Y方向1．2端部单元振动分析的振动强，x方向的振动弱，耦合系数n必须具大尺寸长条形超声塑料焊接模具端部单元体与有较大值(n≥17)。取A，作为研究对象，在x中间单元体的形状相似，如图6所示。在高度方向方向其边缘平面上的位移为零，如图4所示。由上，为保证端部单元体与中间单元体的驱动

8、面和辐于A部分存在耦合振动，其特性阻抗P，射面分别在同一平面上，取其柱部与桥部的高度尺寸与中间单元体的高度尺寸完全一致，分别为LIv’P为材料密度，C