Page 190 - 《应用声学》2024年第6期
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第 43 卷 第 6 期                                                                       Vol. 43, No. 6
             2024 年 11 月                         Journal of Applied Acoustics                 November, 2024

             ⋄ 研究报告 ⋄


                         弯曲振动复合楔形超声聚能器的设计                                                      ∗



                                文仕豪     1,2,3,4  许 龙    1†   朱怀球     2,3,4†   吴德林      2,3,4
                                       高申平     2,3,4   王萧博      2,3,4   姚 磊    2,3,4


                                               (1 中国计量大学理学院      杭州   310018)
                                              (2 浙江省质量科学研究院       杭州   310018)
                                  (3 国家市场监督管理总局重点实验室 (声学振动应用测量技术)              杭州  310018)
                                      (4 浙江省声学振动精密测量技术研究重点实验室             杭州   310018)

                摘要：为了建立楔形变截面弯曲超声振动系统的设计理论，该文基于 Timoshenko 梁弯曲振动理论，推导了复
                合楔形超声聚能器的弯曲振动共振频率方程和放大系数解析表达式。利用解析理论模型和有限元仿真对复合
                楔形聚能器的前 4 阶弯曲振动特性进行了计算分析。结果表明：复合楔形超声聚能器的高度比和长度比对各
                阶弯曲共振频率和放大系数均有较大的影响；解析理论计算的聚能器的各阶弯曲共振频率和位移放大系数与
                有限元仿真结果一致，两种方法计算的聚能器的各阶弯曲共振频率相对误差均小于 3%。由此表明该解析理论
                模型具有较高的理论计算精度。最后，设计并制作了复合楔形聚能器实验样品并对其一阶共振频率实验测试，
                实验测试结果与理论计算结果和有限元仿真结果吻合较好。该文研究结果为弯曲振动复合楔形超声振动系统
                的工程设计提供解析理论参考。
                关键词：Timoshenko 梁理论；弯曲振动；传递矩阵；有限元仿真
                中图法分类号: O426.1          文献标识码: A          文章编号: 1000-310X(2024)06-1366-09
                DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2024.06.020


                      Design of the composite wedge-shaped ultrasonic concentrator in
                                                   flexural vibration


                             WEN Shihao  1,2,3,4  XU Long 1  ZHU Huaiqiu 2,3,4  WU Delin 2,3,4
                                   GAO Shenping  2,3,4  WANG Xiaobo  2,3,4  YAO Lei 2,3,4

                                 (1 College of Science, China Jiliang University, Hangzhou 310018, China)
                                    (2 Zhejiang Institute of Quality Sciences, Hangzhou 310018, China)
                      (3 Key Laboratory of Acoustics and Vibration Applied Measuring Technology, State Administration for
                                            Market Regulation, Hangzhou 310018, China)
                       (4 Key Laboratory of Acoustics and Vibration Precision Measuring Technology of Zhejiang Province,
                                                   Hangzhou 310018, China)

                 Abstract: In order to establish the design theory of a wedge-shaped vibrating ultrasonic system, based
                 on the Timoshenko beam flexural vibration theory, this paper derives the flexural vibration resonance fre-
                 quency equation and amplification coefficient expression of the composite wedge-shaped ultrasonic concentrator.


             2023-06-26 收稿; 2023-08-08 定稿
             国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (12074354), 市 场 监 督 管 理 总 局 计 划 项 目 (2022MK046, KJLJ202310), 浙 江 省 重 点 研 发 计 划 项 目
             ∗
             (2022C01002), 浙江省基础公益计划项目 (LGF22A040005, TGC23A040003), 浙江省市场监督管理局科技计划项目 (CY2022001,
             CY2022216, ZD2024007)
             作者简介: 文仕豪 (2000– ), 男, 贵州都匀人, 硕士研究生, 研究方向: 超声振动系统。
             † 通信作者 E-mail: xulong@cjlu.edu.cn; zhq_hz@163.com
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