基于超声近场作用的悬浮特性分析与试验.pdf

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1、·机械制造与研究·宗遐龄，等·基于超声近场作用的悬浮特性分析与试验基于超声近场作用的悬浮特性分析与试验宗遐龄，赵群，傅星菊，孙运涛，贾兵(1．中国石油化工股份有限公司石油物探技术研究院，江苏南京210016；2．南京航空航天大学机械结构强度与振动国家重点实验室，江苏南京210016)摘要：超声近场的悬浮现象和动力学机理，提出圆形振子薄板与悬浮物之间的耦合数学模型，给定圆盘在特定弯振模态下的边界条件，推导了基于挤压膜模型的悬浮压力近似解析式。同时为了试验研究超声近场的悬浮特性，在兰杰文振子顶端设计了利于产生超声辐射近场效应的圆盘式装置并试制了样机，

2、通过激励出圆盘的弯曲振动模态诱发出声场辐射力，实现了物体在圆盘表面的近距离悬浮。搭建了基于虚拟仪器平台的测试系统，通过试验获得其悬浮特性参数，分析了悬浮的距离随着重物质量的增大而减少的规律，验证了理论分析结果，为采用近声场来悬浮和实现悬浮力的有效控制奠定了基础。关键词：超声；近场；悬浮；振动模态；虚拟仪器中图分类号：TH16；TB55文献标志码：A文章编号：16713276(2012)03-0059-04AnalysisandExperimentInvestigationofUltrasonicNearFieldAcousticLevitatio

3、nStifnessZONGXia—ling，ZHAOQu．，FUXing-ju’，SUYun．tao，JIABing(1．SINOPECGeophysicalResearchInstitute，Nanjing210016，China；2．StateKeyLaboratoryofMechanicsandControlforMechanicalStructures，NanjingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Nanjing210016，China)Abstract：Thispaperanalyzesth

4、especialphenomenonanddynamicmechanismofultrasonicnear·fieldacousticlevitationandpresentsthemathematicalmodelofcouplingthevibrationplatewithlevitationobjectbased0ntheboundaryconditionofthespecialvibrationmode．1nordertomeasurethecharacteristicparametersOfultrasonicnear-fieldaco

5、usticlevitation．theannularplateiSde-signedandinstalledontopofLanngevinvibrator，whichisabletoproduceultrasonicradiationefect．Theprototypeismanufactured，ultrasonicnear-fieldaCOUsticIevitationiSobse~edbyinducingflexuraIvibrationmodeofannularplate．ThevirtuaIInstrumenttech．nologyi

6、susedinthetestingsystemtomeasurethelevitationcharacteristicparameterItisexperimentallyfoundthatlevitationdis·tancedecreaseswiththeheavierobject，andthetheoreticalresultsarevalidated．Thetheoreticalandexperimentalinvestigationsinthispaperlaythefound~ionforthecontrolofultrasonicn

7、ear—fieldacousticlevitation．Keywords：ultrasonic；near．field；Ievit~ion；vibrationmode：vi~uaIinstrument示，随着悬浮距离的减少，特别是远小于波长时，声辐射压0引言力增大很快，可达到比远场声悬浮更为可观的悬浮力[7-9]。1996年，日本的Hashimoto和Ueha等学者提出可利反射器悬浮体用近声场悬浮现象构造高刚度的悬浮系统或轴承，具有结构简单、紧凑、无须专门的反射源，对悬浮物体没有特殊要求的优点，开启了对近场声悬浮这种特有物理现象的研究时代。近场声悬

8、浮的作用方式与l9世纪Kundt发现和提出的远场驻波声悬浮现象不同，其力学特性也迥异。通常的远场声悬浮技术是利用强驻波声场中的声辐射压力