项目名称: 新型纵径复合大功率变截面棒管式超声辐射器及关键性能研究

项目编号: No.11204284

项目类型: 青年科学基金项目

立项/批准年度: 2013

项目学科: 物理学I

项目作者: 许龙

作者单位: 中国计量学院

项目金额: 30万元

中文摘要: 提出一种新型纵径复合大功率变截面棒管式超声辐射器。该辐射器由纵振换能器、纵振哑铃型变幅棒和径向耦合振动变截面金属圆管三部分组成。项目研究的目的在于通过一个特殊的结构及振动模式转换,实现一种能够在径向、纵向同时产生大功率超声辐射的新型辐射器。研究内容包括:1、基于耦合振动理论和机电类比原理,推导此类超声辐射器的纵径复合振动的机电等效电路及共振频率方程,从理论上探讨辐射器的性能参数与其几何结构尺寸及振动模态的依赖关系。2、利用数值方法对辐射器的振动性能、机电阻抗特性及辐射声场特性进行仿真,给出辐射器的纵向、径向振动位移分布、机电阻抗特性和辐射声场与其振动模式之间的依赖关系,由此提出辐射器的参数化优化设计方法并对辐射器的各组成部分的结构尺寸参数进行优化。3、利用阻抗分析仪及激光测振仪对辐射器的机电阻抗特性、振动位移等进行实验研究。为该类辐射器在工程应用中建立较完整的理论及实验模型和优化设计方法。

中文关键词: 复合振动;振动模式转换;等效电路;优化设计;辐射声场

英文摘要: A new type of rod and tubular high power ultrasonic radiator with variable cross-sections in longitudinal and radial composite vibration is proposed and studied. It consists of a transducer, a barbell horn and a tube with variable cross-sections. Both the transducer and the barbell horn in longitudinal vibrations are used to drive a metal tube with variable cross-sections in a radial coupled vibration. The aim of this study is to investigate by means of its special structure vibration modes conversion a new high power ultrasonic radiator that the ultrasound can be radiated in its radial and longitudinal directions. The studies include that:(1)Based on the coupled vibration theory and the electromechanical equivalent method, the equivalent circuit of the radiator in longitudinal and radial composite vibrations is derived and the resonance frequency equation is obtained analytically, and then the relationships between the characteristics of the radiator with its geometrical dimensions and vibration modes are discussed.(2)Numerical methods are used to simulate the vibration of the radiator, and the radial and longitudinal vibrational displacement distributions, the electromechanical impedance characteristics, the radiation sound field of the radiator in the different vibration modes are obtained and discussed. Base

英文关键词: composite vibration;vibration mode conversion;equivalent circuit;optimization design;radiated sound field

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