超声波能场技术及应用基础

第1章  绪论 001
1.1  超声波概述 001
1.1.1  超声波的定义 001
1.1.2  超声波的类型 002
1.1.3  超声波技术的应用 003
1.2  超声波场 004
1.2.1  行波和驻波 004
1.2.2  声波速度和声阻抗 005
1.2.3  声波的反射、折射与透射 006
1.2.4  声能量密度和声强 008
1.2.5  聚焦声场特性 009
1.3  超声波的传播 013
1.3.1  弹性波 013
1.3.2  流体中的传播 014
1.3.3  固体中的传播 014
1.3.4  弯曲杆件中的传播 018
1.3.5  生物组织中的传播 019
1.4  超声换能器 023
1.4.1  压电材料 023
1.4.2  压电方程 024
1.4.3  压电材料振动的模式 025
本章参考文献 027
第2章  超声能场内的颗粒凝聚原理 029
2.1  凝聚技术 029
2.1.1  电凝聚 029
2.1.2  热凝聚 030
2.1.3  化学凝聚 030
2.1.4  声波凝聚 031
2.2  超声波能场凝聚 032
2.3  颗粒在声场中的受力 034
2.3.1  声波对微粒的夹带作用 034
2.3.2  驻波场中的受力 039
2.3.3  行波声场中的受力分析 043
2.3.4  颗粒动力学分析 046
2.4  平面驻波场内颗粒的运动 048
2.4.1  求解步骤 048
2.4.2  仿真实验设计 054
2.4.3  结果分析 056
2.5  聚焦超声驻波场内颗粒的运动 058
2.5.1  声压的仿真分析 058
2.5.2  粒子凝聚的仿真分析 062
2.6  凝聚过程及原理 065
2.6.1  黏附机理 066
2.6.2  凝聚过程分析 068
2.6.3  流体作用的数值解析 070
本章参考文献 073
第3章  超声能场内的材料去除原理 075
3.1  超声能场加工技术 075
3.1.1  超声加工的基本原理及设备 075
3.1.2  超声加工的用途 076
3.2  超声能场加工技术的应用现状 077
3.2.1  硬脆材料的超声能场加工 077
3.2.2  深小孔的超声加工 078
3.2.3  超声复合加工 078
3.2.4  超声光整加工 079
3.3  超声能场内磨粒对硬脆材料去除原理 081
3.3.1  超声加工硬脆材料去除机理 081
3.3.2  超声能场中磨粒受力 082
3.3.3  超声加工中工件的受力 084
3.3.4  超声加工材料去除率 085
3.4  超声能场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”转变机制 088
3.4.3  微裂纹扩展及表面（亚表面）损伤 088
本章参考文献 091
第4章  超声能场内的固体表面强化原理 095
4.1  超声挤压表面强化技术 095
4.1.1  超声挤压强化装置 096
4.1.2  超声挤压强化塑性变形机理 098
4.2  超声振动挤压强化理论 099
4.2.1  超声波的机械作用 099
4.2.2  超声波的物理作用 101
4.2.3  超声强化后工件表层金属的变形 103
4.2.4  超声强化过程中工艺系统的刚化 103
4.2.5  超声振动挤压强化后表面粗糙度的微观分析 104
4.3  超声振动挤压强化运动及接触应力 105
4.3.1  超声振动挤压强化运动学 105
4.3.2  超声振动挤压强化接触分析 107
4.3.3  超声振动挤压强化应力 107
本章参考文献 109
第5章  超声能场发生装置 111
5.1  超声换能器 111
5.2  变幅杆 113
5.2.1  变幅杆的结构及设计 113
5.2.2  变幅杆的材料 115
5.2.3  变幅杆的理论模型 115
5.2.4  变幅杆的有限元分析 120
5.3  配件设计 126
5.3.1  后端盖 126
5.3.2  预应力螺栓 127
5.4  工具头设计 128
5.4.1  平面工具头 128
5.4.2  凹面工具头 131
5.5  换能器有限元分析 135
5.5.1  模态及谐响应分析 135
5.5.2  超声声场特性仿真 137
本章参考文献 139
第6章  超声能场内颗粒凝聚及操控应用 140
6.1  液体中的超声波凝聚及微粒操控 140
6.1.1  微粒操控装置 140
6.1.2  微粒操控实验系统 141
6.1.3  微粒操控实验 142
6.2  空气中平面驻波场的颗粒凝聚 147
6.2.1  实验检测总体方案 147
6.2.2  检测装置 148
6.2.3  凝聚效果及机理分析 149
6.3  空气中凹面驻波场的颗粒凝聚 158
6.3.1  实验台设计 158
6.3.2  实验装置 159
6.3.3  实验的方法与过程 160
6.3.4  凝聚效用及分析 163
本章参考文献 165
第7章  超声能场加工应用 166
7.1  聚晶金刚石超声加工 166
7.1.1  实验系统及材料 166
7.1.2  正交实验设计 168
7.1.3  加工参数对材料去除率的影响 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  超声能场辅助切削钛合金 177
7.2.1  实验系统 177
7.2.2  钛合金切削效果及分析 178
7.3  超声能场辅助切割碳化硅（SiC）材料 181
7.3.1  实验系统 181
7.3.2  效果及分析 184
7.4  超声能场在切割复合材料中 188
7.4.1  实验系统 188
7.4.2  复合材料切割效果及分析 189
7.5  相关机理分析 191
7.5.1  渗流润滑机理 191
7.5.2  复合材料摩擦机理 195
7.5.3  切屑碎化机理 198
本章参考文献 201
第8章  超声能场表面强化技术应用 203
8.1  齿轮齿面超声挤压强化 203
8.1.1  齿轮齿面超声挤压强化装置设计 203
8.1.2  齿轮齿面超声挤压强化装置实物 209
8.1.3  齿轮齿面超声挤压强化实验 209
8.1.4  表面粗糙度 210
8.1.5  齿面硬度 216
8.1.6  齿面微观形貌 219
8.2  车轴超声振动挤压强化 220
8.2.1  实验材料及强化条件 220
8.2.2  表观分析 220
8.2.3  表面粗糙度 221
8.2.4  表面硬度 224
8.2.5  耐腐蚀性 226
8.2.6  摩擦磨损实验 226
8.2.7  横断面微观结构 228
8.2.8  拉伸实验 229
8.2.9  残余应力 231
本章参考文献 237
附录一  析因设计实验表 238
附录二  实验结果表 240