【摘要】：NOMEX蜂窩復合材料具有高比剛度、高比強度、密度小、耐溫阻燃等眾多優(yōu)點,廣泛應用于航空航天、船舶等行業(yè)。NOMEX蜂窩復合材料具有各向異性的特點,屬于典型的難加工材料,超聲加工技術的應用有效地解決了傳統(tǒng)銑削加工過程中存在的粉塵污染、被加工表面質量缺陷等問題。對NOMEX蜂窩復合材料的超聲加工技術的研究發(fā)現,聲學系統(tǒng)輸出振幅對加工質量起著至關重要的作用。但是實際加工過程中由于溫度、切削力等參數的影響,聲學系統(tǒng)輸出振幅容易漂移,嚴重時甚至會產生停振現象,這對NOMEX蜂窩復合材料的加工有著致命的危害。這就要求超聲切割NOMEX蜂窩復合材料過程中盡可能始終保持恒定的輸出振幅,因此開展超聲加工過程中聲學系統(tǒng)輸出振幅的穩(wěn)定性研究是極其必要的。聲學系統(tǒng)輸出振幅與超聲電源功率、尖形刀質量、尖形刀長度、切削力等因素密切相關。本文主要針對定振幅要求的超聲切割聲學系統(tǒng)進行研究,主要研究內容及成果如下:(1)基于等效電路法對超聲聲學系統(tǒng)進行理論分析,建立了振幅參數關系式,分析了聲學系統(tǒng)輸出振幅的主要影響因素。首先,基于等效電路法對換能器進行理論分析,根據基爾霍夫回路公式推導得到換能器的放大系數表達公式。然后,分析單一形狀變幅桿的等效網絡模型,在此基礎上對復合型變幅桿進行等效網絡轉換,得到復合型變幅桿的等效網絡模型,根據基爾霍夫回路公式推導得到復合型變幅桿的放大系數表達公式。最后,結合簡諧運動方程推導得到超聲聲學系統(tǒng)的振幅參數關系式,根據該公式分析聲學系統(tǒng)輸出振幅的主要影響因素,為實驗研究提供了理論指導。(2)基于ABAQUS仿真軟件對包含有尖形刀及變幅桿的聲學組件進行仿真分析,分析了質量負載及尖形刀長度對聲學系統(tǒng)輸出振幅的影響趨勢并驗證了理論分析結論。通過對帶有不同長度及質量的尖形刀聲學組件進行模態(tài)分析及諧響應分析,結果表明刀具本身作為一種靜態(tài)負載對聲學系統(tǒng)輸出振幅起著抑制作用,從靜態(tài)角度驗證了理論分析結論的正確性。另外,發(fā)現刀具長度對聲學系統(tǒng)輸出振幅起到放大作用。分析結論為實驗研究提供了理論指導。(3)通過振幅測試實驗及數據分析研究探討了聲學系統(tǒng)輸出振幅與尖形刀長度、質量及超聲電源功率的關系,驗證了理論及仿真分析結論的正確性,建立并驗證了相應的關系模型。首先,設計了空載下聲學系統(tǒng)輸出振幅測試實驗,研究探討了尖形刀長度、尖形刀質量及超聲電源功率對聲學系統(tǒng)輸出振幅的影響規(guī)律,驗證了理論及仿真分析結論的正確性。然后,借助于MATLAB軟件,利用多元線性回歸分析法對樣本數據進行數據分析,得到聲學系統(tǒng)輸出振幅與尖形刀長度、尖形刀質量及超聲電源功率的關系模型,并以此為基礎得到對于任一規(guī)格尖形刀需要特定聲學系統(tǒng)輸出振幅時的超聲電源功率調整模型。最后,設計實驗對調整模型進行驗證。(4)通過切削力實驗及存在切削力負載時的聲學系統(tǒng)輸出振幅測試實驗研究,建立并驗證了尖形刀超聲加工過程中定振幅輸出的加工功率調整模型。首先,基于響應曲面法對超聲切割NOMEX蜂窩復合材料進行切削力實驗研究,建立并驗證了切削力模型。然后,通過存在切削力負載時的聲學系統(tǒng)輸出振幅實驗,研究切削力對聲學系統(tǒng)輸出振幅的影響,從動態(tài)負載角度驗證了理論分析結論的正確性。接著,借助MATLAB對實驗數據進行分析,獲得聲學系統(tǒng)輸出振幅與超聲電源功率、切削力的關系模型,并結合切削力模型得到尖形刀超聲加工過程中定振幅輸出的加工功率調整模型。最后,設計實驗對所建模型進行驗證。定振幅調整模型的研究為實際加工的振幅調整提供理論指導,為超聲電源在加工過程中實現定振幅輸出提供了切實可行的理論指導模型。
【學位授予單位】：杭州電子科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB33;TB559
【圖文】：

杭州電子科技大學碩士學位論文1 緒論 蜂窩復合材料的特性及加工方法 蜂窩復合材料的特性及應用是一種夾芯材料，分別有金屬蜂窩材料、玻璃布蜂窩材料、紙蜂。早期的夾芯材料是二戰(zhàn)期間德國為了減輕飛機質量而產生的，了飛機的質量，增強了飛機的彎曲性能。而 NOMEX 蜂窩復合材料之一，是一種間位芳綸纖維復合材料，如圖 1.1 所示。一般是流程較為繁瑣，需要經過一系列復雜的制備工序，包括涂膠、疊

（3）存在粉塵污染。高速銑削加工 NOMEX 蜂窩復合材料是通過將多余胚料打碎的方式進行加工，因此加工過程中會產生大量粉塵，污染了加工環(huán)境，嚴重影響了人體的健康。圖1.2 超聲切割聲學系統(tǒng)原理圖

【參考文獻】

相關期刊論文 前3條

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本文編號：2734154