超声激励下固体平板振动特性的分析方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103383298A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103383298103383298A(43)申请公布日2013.11.06(21)申请号201310291542.4(22)申请日2013.07.11(71)申请人冯辅周地址100072北京市丰台区杜家坎21号机械系(72)发明人冯辅周张超省江鹏程张丽霞闵庆旭丁闯王鹏飞王冠球(74)专利代理机构北京清亦华知识产权代理事务所(普通合伙)11201代理人张大威(51)Int.Cl.G01M7/02(2006.01)权权利要求书3页利要求书3页说明书11页说明书11页附图5页附图5页(54)发明名称超声激励下固体平板振动特性的分析方法(57)摘要本发明提出一种超声激励下固体平板振动特性的分析方法，包括：以预紧力压迫超声换能器对固体平板进行激励，计算任意时刻工具杆端面和固体平板的位移与速度，运动过程包括交替进行的碰撞运动阶段和共同运动阶段，碰撞运动阶段，工具杆端面与固体平板碰撞和弹开交替进行，当工具杆端面与固体平板碰撞后的速度差小于设定阈值时，碰撞运动变为共同运动，当工具杆端面与固体平板弹开时，共同运动变为碰撞运动。本发明的分析方法，利用动量守恒定律和牛顿恢复系数求解碰撞前后速度的，且忽略碰撞的时间过程，解决了动能守恒定律在本发明实施例中不适用的问题。CN103383298ACN103829ACN103383298A权利要求书1/3页1.一种超声激励下固体平板振动特性的分析方法，设计以预紧力F0压迫超声换能器对固体平板进行激励，计算任意时刻t所述超声换能器的工具杆端面的位移与速度，以及固体平板中正对于工具杆端面位置的微小单元的位移与速度，所述工具杆等效为质量为m1、长度为L0且两端以A0(sinwt)进行伸缩的质量块，固体平板中正对于工具杆端面、厚度为D的微小单元等效为质量为m2的质量块，固体平板中其它部分对质量块m2的作用等效为弹性系数为K的弹簧以及阻尼系数为C弹簧阻尼。其特征在于，质量块m1和质量块m2的运动过程包括交替进行的碰撞运动阶段和共同运动阶段，其中，所述碰撞运动阶段中，质量块m1与质量块m2碰撞和弹开交替进行，所述共同运动阶段中，质量块m1和质量块m2结合在一起共同运动，在碰撞运动阶段，当质量块m1和质量块m2碰撞后的速度差小于设定阈值时，所述碰撞运动阶段转换为共同运动阶段，当质量块m1和质量块m2在所述共同运动阶段中弹开时，共同运动阶段转换为碰撞运动阶段。2.如权利要求1所述的超声激励下固体平板振动特性的分析方法，当质量块m1和质量块m2处于碰撞运动阶段时，质量块m1和质量块m2在ti时刻发生第i次碰撞，质量块m1的第一运动位移x1(t)和质量块m2的第二运动位移x2(t)分别表示为：其中，K为弹性系数，C为阻尼系数，w为角速度，F0为施加到工具杆的预紧力，A0为振幅，e为牛顿恢复系数，第一运动速度和第二运动速度通过所述第一运-动位移x1(t)和第二运动位移x2(t)对时间求导获得，x1i和为第i次碰撞前质量块m1-+的位移和速度，x2i和为第i次碰撞前质量块m2的位移和速度，x1i和为第i次碰撞+后质量块m1的位移和速度，x2i和为第i次碰撞后质量块m2的位移和速度，由于碰撞前-+-+后位移不会突然变化，所以x1i=x1i=x1i，x2i=x2i=x2i。3.如权利要求2所述的在超声激励下分析固体平板振动特性的方法，其特征在于，在所述碰撞运动阶段，初始第一运动位移x1(0)=0，初始第二运动位移x2(0)=0，初始第一运动速度初始第二运动速度4.如权利要求2和3所述的在超声激励下分析固体平板振动特性的方法，其特征在于，在所述碰撞运动阶段，牛顿恢复系数等于碰撞后质量块m1和质量块m2速度差和碰撞前质量块m1和质量块m2速度差的比值的负值，即5.如权利要求2所述的在超声激励下分析固体平板振动特性的方法，其特征在于，在所述碰撞运动阶段，所述第二运动位移x2(t)求解过程中由于反正切函数求得的相位区间2CN103383298A权利要求书2/3页只存在于[-π/2,π/2]之内，区间大小为π，而实际相位取值区间为[-π,π]，区间大小为2π，因此在所述第二运动位移x2(t)的表达式中增加符号函数以保证不会丢失相位信息，所述符号函数为：6.如权利要求2所述的超声激励下固体平板振动特性的分析方法，其特征在于，在所述碰撞运动阶段，第i次碰撞后质量块m2的第二运动速度与质量块m1的第一运动速度之差小于设定阈值时，碰撞运动阶段结束，共同运动阶段开始。7.如权利要求6所述的超声激励下固体平板振动特性的分析方法，其特征在于，所述设定阈值为10-4。8.如权利要求1所述的超声激励下固体平板振动特性的分析方法，其特征