Исследование и разработка методов проектирования одно- и двумерных ультразвуковых технологических волноводов сложной формы с оптимальными характеристиками

• Автор: Вьюгинова, Алена Александровна
• Шифр специальности: 01.04.06
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 138 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1 Современное состояние вопросов теории колебаний ультразвуковых технологических волноводов и краткий обзор их возможных технологических применений
1.1 Основные существующие ультразвуковые технологии и их базовые характеристики
1.1.1 Классификация ультразвуковых технологий
1.1.2 Ультразвуковые технологии, разработанные для жидких технологических сред
1.1.3 Акустическая кавитация
1.1.4 Ультразвуковая сварка термопластичных материалов
1.1.5 Классификация ультразвуковых технологических волноводов
1.2 Анализ основных свойств стержневых ультразвуковых технологических волноводов и способов исследования их характеристик
1.2.1 Исследования процессов колебаний стержневых твердотельных волноводов малого волнового диаметра
1.2.2 Свободные колебания стержней постоянного и переменного сечения
1.3 Анализ свойств и моделей плоских двумерных ультразвуковых технологических волноводов, имеющих волновую длину и ширину одного
порядка
1.3.1 Патентные документы по плоским ультразвуковым технологическим волноводам
1.3.2 Колебания плоских двумерных твердотельных волноводов
1.3.2.1 Базовые публикации по колебаниям стержней прямоугольного сечения, пластин и параллелепипедов
1.3.2.2 Исследование частотных свойств волноводов прямоугольного сечения методом коррекции скорости распространения продольной волны

1.3.2.4 Исследование частотных свойств волноводов прямоугольного сечения методом дополненных модулей упругости
1.3.2.5 Исследование частотных свойств волноводов прямоугольного сечения с сильно отличающимися соотношениями размеров
1.3.2.6 Метод Рэлея-Ритца для определения резонансных частот колебаний волноводов прямоугольного сечения
1.3.2.7 Эффективность различных способов математического описания волноводов прямоугольного сечения
1.4 Применение метода конечных элементов в задачах анализа собственных частот и форм колебаний тел
1.5 Обоснование актуальности и постановка задач исследования
1.6 Выводы
2 Разработка и исследование модели составных осесимметричных (каскадных) УЗ технологических волноводов с галтелями специальной формы
2.1 Формулировка задачи исследования продольных колебаний составных осесимметричных волноводов с галтелями, очерченными двумя радиусами
2.2 Матричный метод расчета составных стержневых конструкций для составных волноводов с галтелями, очерченными двумя радиусами, с применением специальных функций
2.3 Исследование математической модели составного осесимметричного волновода с галтелями, очерченными двумя радиусами
2.4 Разработка алгоритмов расчета параметров УЗ технологических волноводов данного типа
2.4.1 Разработка алгоритма расчета собственных частот
2.4.2 Разработка алгоритма расчета входного сопротивления
2.5 Выводы
3 Разработка и исследование модели плоских двумерных УЗ технологических волноводов, волновая ширина которых близка к волновой длине или превосходит ее
3.1 Формирование геометрической модели для решения задачи анализа продольных колебаний плоских двумерных УЗ волноводов
3.2 Исследование математической модели плоских двумерных УЗ волноводов
3.3 Проектирование плоских двумерных волноводов улучшенной геометрии с оптимальными характеристиками
3.4 Выводы
4 Экспериментальное исследование характеристик одномерных и двумерных волноводов сложной геометрии
4.1 Исследование характеристик моделирования составных осесимметричных волноводов с галтелями, очерченными двумя радиусами
4.2 Исследование эффективности спроектированного составного осесимметричного волновода сложной геометрии
4.3 Исследование характеристик моделирования плоских двумерных волноводов
4.4 Исследование эффективности разработанного плоского двумерного волновода
4.5 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

1.3 Анализ свойств и моделей плоских двумерных ультразвуковых технологических волноводов, имеющих волновую длину и ширину одного порядка
1.3.1 Патентные документы по плоским ультразвуковым технологическим волноводам
Значительная часть информации по проектированию ультразвуковых волноводов с большими поперечными размерами может быть получена из патентных документов. Тем не менее, проектирование качественных волноводов требует значительных навыков и опыта. Поэтому большая часть информации будет сохраняться компаниями, производящими ультразвуковое технологическое оборудование, конфиденциальной, количество публикаций по этой теме будет очень ограничено. Существующие наиболее значительные патентные публикации приведены в настоящем обзоре.
Чтобы волновод колебался в продольной моде, в общем случае его максимальные поперечные размеры не могут превышать от 1/4 до 1/3 X -тогда может быть получен плоский волновой фронт. Если эти ограничения не соблюдаются, амплитуда колебаний на выходном торце неравномерна (выше в центре, чем по краям).
Изобретение С. К1еезайе1 [56] заключается во введении в конструкцию волновода с большим поперечным сечением пазов, таким образом, что они разбивают связь между секциями резонатора. Секции ведут себя как отдельные резонаторы с поперечными размерами, не превосходящими ограничений. Секции соединены между собой «мостиками» (рисунок 8). Если резонатор представляет собой блок в форме параллелепипеда, то пазы предлагается размещать в двух направлениях [56].
Максимальная ширина плоского резонатора ограничена, а в некоторых случаях для реализации ультразвуковой технологии требуются очень большие поперечные размеры. Однако, по мнению некоторых авторов, при