题目：超声振动系统的设计及性能参数的计算

超声振动系统一般由换能器、变幅杆和工具头等部分组成，是功率超声设备的核心。经典的设计方法是在同一工作频率下，按一维振动理论分别推导出换能器和变幅杆的频率方程，确定各组件的尺寸，再求解它的应力、位移分布及前后振速比(放大系数)等性能参数。系统的结构或形状变化较为复杂时，推导频率方程和性能参数表达式的过程非常繁琐，计算工作量很大；改变某一组件的材料或几何尺寸时，计算它对系统整体性能参数影响的过程也很麻烦。
其它的设计方法，如有限元法、等效电路法、替代法、表观弹性法等，都有各自的优点和不足。例如有限元法设计和分析超声振动系统不需要任何简化假设，但要按照某种原则对系统进行建模，比较麻烦；等效电路法处理的对象是集中参数系统，只能得出振动系统处于谐振状态时的部分性能参数，并且是以解析表达式的形式给出，无法确切知道系统内部的应力及位移分布。
四端网络法的优点就在于能够将每种形状超声振动组件的网络传输系数编制成子程序，按照组成系统的顺序调用，最终形成一个通用的计算程序。只要输入各级组件的材料参数和几何参数，就能计算出任意多级组件组成的振动系统的放大系数、位移节点、形状因数、绘出应力及位移分布。对于有源振动系统还能计算其输入导纳响应、电压及电流传输函数、绘出导纳圆。某种组件的材料或几何尺寸改变时，通过比较两种情况下的计算结果，就能定量的反映这种改变对性能参数的影响。
论文主要有以下几个方面的内容：
1.推导常用超声振动组件的机电等效网络(包括实心组件和空心组件)及对应的网络传输系数。
2.在分析计算变幅杆性能参数的共性的基础上研究了一种算法，能够快速计算任意多级组件组成的复合变幅杆的放大系数、形状因数、位移节点、输入阻抗等性能参数，绘出应力及位移分布。
3.研究变幅杆的负载特性，主要分析了负载对谐振频率、放大系数、位移节点及形状因数的影响。
4.研究任意多级组件组成的超声振动系统性能参数的计算方法。结合变幅杆性能参数的计算方法设计了一种算法，不但能够计算振动系统的机械性能参数，绘出应力及位移分布，而且能够计算系统的输入导纳响应、电压及电流传输函数、品质因数、频带宽度等，绘出振动系统谐振频率附近的导纳圆。
5.利用GUI(图形用户界面)实现变幅杆、换能器及其任意多级组件构成的超声振动系统性能参数的算法，使相关参数的输入及计算结果输出均以GUI显示，为超声振动系统的设计及优化提供了方便。
超声振动系统一般由换能器、变幅杆和工具头等部分组成，是功率超声设备的核心。经典的设计方法是在同一工作频率下，按一维振动理论分别推导出换能器和变幅杆的频率方程，确定各组件的尺寸，再求解它的应力、位移分布及前后振速比(放大系数)等性能参数。系统的结构或形状变化较为复杂时，推导频率方程和性能参数表达式的过程非常繁琐，计算工作量很大；改变某一组件的材料或几何尺寸时，计算它对系统整体性能参数影响的过程也很麻烦。
其它的设计方法，如有限元法、等效电路法、替代法、表观弹性法等，都有各自的优点和不足。例如有限元法设计和分析超声振动系统不需要任何简化假设，但要按照某种原则对系统进行建模，比较麻烦；等效电路法处理的对象是集中参数系统，只能得出振动系统处于谐振状态时的部分性能参数，并且是以解析表达式的形式给出，无法确切知道系统内部的应力及位移分布。
四端网络法的优点就在于能够将每种形状超声振动组件的网络传输系数编制成子程序，按照组成系统的顺序调用，最终形成一个通用的计算程序。只要输入各级组件的材料参数和几何参数，就能计算出任意多级组件组成的振动系统的放大系数、位移节点、形状因数、绘出应力及位移分布。对于有源振动系统还能计算其输入导纳响应、电压及电流传输函数、绘出导纳圆。某种组件的材料或几何尺寸改变时，通过比较两种情况下的计算结果，就能定量的反映这种改变对性能参数的影响。
论文主要有以下几个方面的内容：
1.推导常用超声振动组件的机电等效网络(包括实心组件和空心组件)及对应的网络传输系数。
2.在分析计算变幅杆性能参数的共性的基础上研究了一种算法，能够快速计算任意多级组件组成的复合变幅杆的放大系数、形状因数、位移节点、输入阻抗等性能参数，绘出应力及位移分布。
3.研究变幅杆的负载特性，主要分析了负载对谐振频率、放大系数、位移节点及形状因数的影响。
4.研究任意多级组件组成的超声振动系统性能参数的计算方法。结合变幅杆性能参数的计算方法设计了一种算法，不但能够计算振动系统的机械性能参数，绘出应力及位移分布，而且能够计算系统的输入导纳响应、电压及电流传输函数、品质因数、频带宽度等，绘出振动系统谐振频率附近的导纳圆。
5.利用GUI(图形用户界面)实现变幅杆、换能器及其任意多级组件构成的超声振动系统性能参数的算法，使相关参数的输入及计算结果输出均以GUI显示，为超声振动系统的设计及优化提供了方便。
超声振动系统一般由换能器、变幅杆和工具头等部分组成，是功率超声设备的核心。经典的设计方法是在同一工作频率下，按一维振动理论分别推导出换能器和变幅杆的频率方程，确定各组件的尺寸，再求解它的应力、位移分布及前后振速比(放大系数)等性能参数。系统的结构或形状变化较为复杂时，推导频率方程和性能参数表达式的过程非常繁琐，计算工作量很大；改变某一组件的材料或几何尺寸时，计算它对系统整体性能参数影响的过程也很麻烦。
其它的设计方法，如有限元法、等效电路法、替代法、表观弹性法等，都有各自的优点和不足。例如有限元法设计和分析超声振动系统不需要任何简化假设，但要按照某种原则对系统进行建模，比较麻烦；等效电路法处理的对象是集中参数系统，只能得出振动系统处于谐振状态时的部分性能参数，并且是以解析表达式的形式给出，无法确切知道系统内部的应力及位移分布。
四端网络法的优点就在于能够将每种形状超声振动组件的网络传输系数编制成子程序，按照组成系统的顺序调用，最终形成一个通用的计算程序。只要输入各级组件的材料参数和几何参数，就能计算出任意多级组件组成的振动系统的放大系数、位移节点、形状因数、绘出应力及位移分布。对于有源振动系统还能计算其输入导纳响应、电压及电流传输函数、绘出导纳圆。某种组件的材料或几何尺寸改变时，通过比较两种情况下的计算结果，就能定量的反映这种改变对性能参数的影响。
论文主要有以下几个方面的内容：
1.推导常用超声振动组件的机电等效网络(包括实心组件和空心组件)及对应的网络传输系数。
2.在分析计算变幅杆性能参数的共性的基础上研究了一种算法，能够快速计算任意多级组件组成的复合变幅杆的放大系数、形状因数、位移节点、输入阻抗等性能参数，绘出应力及位移分布。
3.研究变幅杆的负载特性，主要分析了负载对谐振频率、放大系数、位移节点及形状因数的影响。
4.研究任意多级组件组成的超声振动系统性能参数的计算方法。结合变幅杆性能参数的计算方法设计了一种算法，不但能够计算振动系统的机械性能参数，绘出应力及位移分布，而且能够计算系统的输入导纳响应、电压及电流传输函数、品质因数、频带宽度等，绘出振动系统谐振频率附近的导纳圆。
5.利用GUI(图形用户界面)实现变幅杆、换能器及其任意多级组件构成的超声振动系统性能参数的算法，使相关参数的输入及计算结果输出均以GUI显示，为超声振动系统的设计及优化提供了方便。