功率超声珩磨磨削区空化声场的建模与仿真研究.pdf

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1、第38卷第6期声学学报Vo1．38．No．62013年11月ACTAACUSTICANov．，2013功率超声珩磨磨削区空化声场的建模与仿真研究冰刘国东祝锡晶郭策(中北大学机械工程工程与自动化学院太原030051)2012年6月3日收到2013年1月23日定稿，摘要通过建立47功率超声珩磨磨削区流体～结构耦合声场的理论模型，采用ANSYS有限元分析软件对磨削区的空化声场进行了仿真分析，得出磨削区二维、三维空化声场的分布情况和声压幅值，并利用超声波功率测量仪对磨削区的空化声场进行模拟实验测量。结果表明：在谐振频率18．6kHz下，声场主要集中在油石的中部，二维和三维声场的声压最大值分别为1．39

2、MPa和1．47MPa，与实验测得声压最大值1．3MPa在同一个数量级，为进一步研究功率超声珩磨空化效应提供理论和实验的基础。PACS数：43．25ResearchonmodellingandsimulationofcavitationsoundfieldinthegrindingzoneofthepowerultrasonichoningLIUGuodongZHUXijingGUOCe(NorthUniversityofChina，SchoolofMechanicalEngineeringandAutomationTaiyuan030051)ReceivedJun．3，2012Revised

3、Jan．23，2013AbstractThefluid—structurecouplingacoustictheoreticalmodelofthegrindingareainpowerultrasonichoningwithdiameterof47mmwasestablished．ThecavitationacousticfieldofthegrindingareawassimulatedusingANSYSsoftware．Theultrasonicfielddistributionandpressureamplitudeofthegrindingareawithtwoandthreedi

4、mensionalimageswereobtained．Theultrasoniccavitationacousticfielddistributioninthegrindingareawasmeasuredbyusingtheultrasonicpowermeter．Theresultsshowthatthepressureintheresonant~equencyof18．6kHzismainlyconcentratedinthemiddleoftheoilstone．Themaximumvaluesofthesoundpressureinthetwo-dimensionalandthre

5、e—dimensionalsoundfieldare1．39MPaand1．47MPa．respectively．Theresultsofsimulationsareofthesameorderofmagnitudeastheexperimentsthatareobservedabout1．3MPa．Theexperimentalresultsfitthenumericalresultswell，whichprovideatheoreticalandexperimentalbasisforthefurtherstudyoftheinfluenceofcavitationefectonthepo

6、werultrasonichoning．磨削区油石的高幅和高频振动，在产生了磨削作用外，还在表面还产生了空化声场，其分布状况直接影引言响着超声空化效应的强弱以及后续的一系列行为，在超声技术领域，超声空化场的研究，一直是人所以掌握超声场的分布情况是进一步研究功率超声们十分关注的课题，掌握声场分布状况对超声在清珩磨空化效应的基础。洗、声化学、污水处理及超声空化腐蚀等领域至关重研究表明：声场分布由声源激励方式、边界条件要，尤其是在空化场中研究声强与换能器工作状态以及媒质参数等多种因素决定，尤其是高强超声场的关系，以及超声波对被处理物体作用的机理等具中出现了空化等非线性效应，使得声场计算十分困有重要的

7、理论和实际价值[1-2]。功率超声珩磨中，难[引。超声场的分布情况可通过理论计算和实验测术国家自然科学基金(50975265，51275490)资助664声学学报2013拒量两种途径实现[4-5】，由于功率超声珩磨磨削区的空可压缩的，密度随压力变化而变化，流体是非粘性流化效应通常发生在密闭、狭窄的空间，很难用实验测体，没有粘性引起的能量损耗，流体中没有不规则运量直接观察，更为普遍的是先提出理论模型