超聲波能場(chǎng)技術(shù)及應(yīng)用基礎(chǔ)

第1章  緒論 001
1.1  超聲波概述 001
1.1.1  超聲波的定義 001
1.1.2  超聲波的類型 002
1.1.3  超聲波技術(shù)的應(yīng)用 003
1.2  超聲波場(chǎng) 004
1.2.1  行波和駐波 004
1.2.2  聲波速度和聲阻抗 005
1.2.3  聲波的反射、折射與透射 006
1.2.4  聲能量密度和聲強(qiáng) 008
1.2.5  聚焦聲場(chǎng)特性 009
1.3  超聲波的傳播 013
1.3.1  彈性波 013
1.3.2  流體中的傳播 014
1.3.3  固體中的傳播 014
1.3.4  彎曲桿件中的傳播 018
1.3.5  生物組織中的傳播 019
1.4  超聲換能器 023
1.4.1  壓電材料 023
1.4.2  壓電方程 024
1.4.3  壓電材料振動(dòng)的模式 025
本章參考文獻(xiàn) 027
第2章  超聲能場(chǎng)內(nèi)的顆粒凝聚原理 029
2.1  凝聚技術(shù) 029
2.1.1  電凝聚 029
2.1.2  熱凝聚 030
2.1.3  化學(xué)凝聚 030
2.1.4  聲波凝聚 031
2.2  超聲波能場(chǎng)凝聚 032
2.3  顆粒在聲場(chǎng)中的受力 034
2.3.1  聲波對(duì)微粒的夾帶作用 034
2.3.2  駐波場(chǎng)中的受力 039
2.3.3  行波聲場(chǎng)中的受力分析 043
2.3.4  顆粒動(dòng)力學(xué)分析 046
2.4  平面駐波場(chǎng)內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng) 048
2.4.1  求解步驟 048
2.4.2  仿真實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 054
2.4.3  結(jié)果分析 056
2.5  聚焦超聲駐波場(chǎng)內(nèi)顆粒的運(yùn)動(dòng) 058
2.5.1  聲壓的仿真分析 058
2.5.2  粒子凝聚的仿真分析 062
2.6  凝聚過程及原理 065
2.6.1  黏附機(jī)理 066
2.6.2  凝聚過程分析 068
2.6.3  流體作用的數(shù)值解析 070
本章參考文獻(xiàn) 073
第3章  超聲能場(chǎng)內(nèi)的材料去除原理 075
3.1  超聲能場(chǎng)加工技術(shù) 075
3.1.1  超聲加工的基本原理及設(shè)備 075
3.1.2  超聲加工的用途 076
3.2  超聲能場(chǎng)加工技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀 077
3.2.1  硬脆材料的超聲能場(chǎng)加工 077
3.2.2  深小孔的超聲加工 078
3.2.3  超聲復(fù)合加工 078
3.2.4  超聲光整加工 079
3.3  超聲能場(chǎng)內(nèi)磨粒對(duì)硬脆材料去除原理 081
3.3.1  超聲加工硬脆材料去除機(jī)理 081
3.3.2  超聲能場(chǎng)中磨粒受力 082
3.3.3  超聲加工中工件的受力 084
3.3.4  超聲加工材料去除率 085
3.4  超聲能場(chǎng)加工硬脆材料的表面完整性 087
3.4.1  工件表面形貌 087
3.4.2  材料去除及“延-脆”轉(zhuǎn)變機(jī)制 088
3.4.3  微裂紋擴(kuò)展及表面（亞表面）損傷 088
本章參考文獻(xiàn) 091
第4章  超聲能場(chǎng)內(nèi)的固體表面強(qiáng)化原理 095
4.1  超聲擠壓表面強(qiáng)化技術(shù) 095
4.1.1  超聲擠壓強(qiáng)化裝置 096
4.1.2  超聲擠壓強(qiáng)化塑性變形機(jī)理 098
4.2  超聲振動(dòng)擠壓強(qiáng)化理論 099
4.2.1  超聲波的機(jī)械作用 099
4.2.2  超聲波的物理作用 101
4.2.3  超聲強(qiáng)化后工件表層金屬的變形 103
4.2.4  超聲強(qiáng)化過程中工藝系統(tǒng)的剛化 103
4.2.5  超聲振動(dòng)擠壓強(qiáng)化后表面粗糙度的微觀分析 104
4.3  超聲振動(dòng)擠壓強(qiáng)化運(yùn)動(dòng)及接觸應(yīng)力 105
4.3.1  超聲振動(dòng)擠壓強(qiáng)化運(yùn)動(dòng)學(xué) 105
4.3.2  超聲振動(dòng)擠壓強(qiáng)化接觸分析 107
4.3.3  超聲振動(dòng)擠壓強(qiáng)化應(yīng)力 107
本章參考文獻(xiàn) 109
第5章  超聲能場(chǎng)發(fā)生裝置 111
5.1  超聲換能器 111
5.2  變幅桿 113
5.2.1  變幅桿的結(jié)構(gòu)及設(shè)計(jì) 113
5.2.2  變幅桿的材料 115
5.2.3  變幅桿的理論模型 115
5.2.4  變幅桿的有限元分析 120
5.3  配件設(shè)計(jì) 126
5.3.1  后端蓋 126
5.3.2  預(yù)應(yīng)力螺栓 127
5.4  工具頭設(shè)計(jì) 128
5.4.1  平面工具頭 128
5.4.2  凹面工具頭 131
5.5  換能器有限元分析 135
5.5.1  模態(tài)及諧響應(yīng)分析 135
5.5.2  超聲聲場(chǎng)特性仿真 137
本章參考文獻(xiàn) 139
第6章  超聲能場(chǎng)內(nèi)顆粒凝聚及操控應(yīng)用 140
6.1  液體中的超聲波凝聚及微粒操控 140
6.1.1  微粒操控裝置 140
6.1.2  微粒操控實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 141
6.1.3  微粒操控實(shí)驗(yàn) 142
6.2  空氣中平面駐波場(chǎng)的顆粒凝聚 147
6.2.1  實(shí)驗(yàn)檢測(cè)總體方案 147
6.2.2  檢測(cè)裝置 148
6.2.3  凝聚效果及機(jī)理分析 149
6.3  空氣中凹面駐波場(chǎng)的顆粒凝聚 158
6.3.1  實(shí)驗(yàn)臺(tái)設(shè)計(jì) 158
6.3.2  實(shí)驗(yàn)裝置 159
6.3.3  實(shí)驗(yàn)的方法與過程 160
6.3.4  凝聚效用及分析 163
本章參考文獻(xiàn) 165
第7章  超聲能場(chǎng)加工應(yīng)用 166
7.1  聚晶金剛石超聲加工 166
7.1.1  實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及材料 166
7.1.2  正交實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì) 168
7.1.3  加工參數(shù)對(duì)材料去除率的影響 169
7.1.4  材料去除率模型 171
7.1.5  工件表面粗糙度 173
7.2  超聲能場(chǎng)輔助切削鈦合金 177
7.2.1  實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 177
7.2.2  鈦合金切削效果及分析 178
7.3  超聲能場(chǎng)輔助切割碳化硅（SiC）材料 181
7.3.1  實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 181
7.3.2  效果及分析 184
7.4  超聲能場(chǎng)在切割復(fù)合材料中 188
7.4.1  實(shí)驗(yàn)系統(tǒng) 188
7.4.2  復(fù)合材料切割效果及分析 189
7.5  相關(guān)機(jī)理分析 191
7.5.1  滲流潤(rùn)滑機(jī)理 191
7.5.2  復(fù)合材料摩擦機(jī)理 195
7.5.3  切屑碎化機(jī)理 198
本章參考文獻(xiàn) 201
第8章  超聲能場(chǎng)表面強(qiáng)化技術(shù)應(yīng)用 203
8.1  齒輪齒面超聲擠壓強(qiáng)化 203
8.1.1  齒輪齒面超聲擠壓強(qiáng)化裝置設(shè)計(jì) 203
8.1.2  齒輪齒面超聲擠壓強(qiáng)化裝置實(shí)物 209
8.1.3  齒輪齒面超聲擠壓強(qiáng)化實(shí)驗(yàn) 209
8.1.4  表面粗糙度 210
8.1.5  齒面硬度 216
8.1.6  齒面微觀形貌 219
8.2  車軸超聲振動(dòng)擠壓強(qiáng)化 220
8.2.1  實(shí)驗(yàn)材料及強(qiáng)化條件 220
8.2.2  表觀分析 220
8.2.3  表面粗糙度 221
8.2.4  表面硬度 224
8.2.5  耐腐蝕性 226
8.2.6  摩擦磨損實(shí)驗(yàn) 226
8.2.7  橫斷面微觀結(jié)構(gòu) 228
8.2.8  拉伸實(shí)驗(yàn) 229
8.2.9  殘余應(yīng)力 231
本章參考文獻(xiàn) 237
附錄一  析因設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)表 238
附錄二  實(shí)驗(yàn)結(jié)果表 240