SU931236A1 - Способ возбуждени высокочастотных упругих колебаний в конструкци х - Google Patents

Description

(54) СПОСОБ ВОЗБУЖДЕНИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ В КОНСТРУКЦИЯХ

Изобретение относитс  к технологическому применению ультразвука и может быть использовано дл  решени  задач, св занных с возбуждением высокочастотных упругих колебаний в конструкци х дл  релаксации остаточных напр жений, очистки, уплотнени  наполнител  и т. п. в различных отрасл х народного хоз йства. Известен способ возбуждени  высокочастотных , например, ультразвуковых колебаний к конструкци м, основанный на непосредственном контакте ультразвукового преобразовател  и конструкции 1. Недостатком указанного способа  вл етс  высокий уровень требований к качеству обработки контактирующих поверхностей. Эффективна  передача энергии преобразовател  и возбуждение ультразвуковых колебаний в конструкци х с необработанными в зоне контакта поверхност ми этим способом невозможны. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  способ возбуждени  упругих колебаний в конструкци х, основанный на преобразовании гармонических механических колебаний в последовательность импульсных механических ударов той же частоты с пластическим деформированием поверхности конструкции 2. Однако известный способ недостаточно эффективен при возбуждении конструкции с необработанной поверхностью. Цель изобретени  - повышение эффективности возбуждени  механических колебаний через необработанную поверхность за счет согласовани  импедансов возбудител  и конструкции. Поставленна  цель достигаетс  тем, что частоту гармонических механических колебаний выбирают равной собственной частоте конструкции и ввод т их в конструкцию по поверхности, максимальный линейный размер которой находитс  в пределах 0,1250 ,25 от длины волны колебаний конструкции , при этом площадь следов пластического деформировани  выбирают не меньшей половины плошади поверхности ввода колебаний . На фиг. 1 представлена схема возбуждени  колебаний в конструкции; на фиг. 2 - участок ввода колебаний. На фиг. 1 и 2 показаны конструкци  1, возбудитель 2 колебаний, элементы 3 передачи колебаний (ударники), волновой рельеф 4 в конструкции, поверхность 5 ввода колебаний.

Способ основан на преобразовании энергии гармонических колебаний преобразовател  в ударные импульсы ультразвуковой частоты при помощи набора подвижных в осевом направлении ударников, размещенных между возбудителем 2 и конструкцией I, пластическом деформировании ими поверхности материала конструкции, акустическом «присоединении области ввода колебательной энергии, формирование устойчивой резонансной колебательной системы преобразователь - конструкци .

Способ осуществл етс  следующим образом .

Основыва сь на общеинженерных соображени х по формированию настроенной резонансной системы преобразователь-конструкци , вначале определ ют спектр собственных частот конструкции и выбирают соответствующие решаемой технологической задаче частоту и преобразователь-возбудитель . Опытным путем определ ют предельную амплитуду колебаний преобразовател , обусловленную контактной прочностью материала конструкции. Определ ют конфигурацию поверхности ввода колебательной энергии, счита , что ее линейные размеры должны быть в пределах 0,125-0,2 длины волны в конструкции на выбранной частоте (например, изгибной волны). С учетом необходимости насыщени  поверхности ввода следами пластических деформаций на площади не менее 0,5 ее полного значени  выбирают целесообразный диаметр ударников и равномерно размещают их по ней.

Таким образом, предлагаемый способ позвол ет максимально использовать энергию преобразовател  при достижении заданного технологического эффекта на резонансной частоте системы преобразователь-конструкци  за счет подавлени  сопутствующих частот спектра и согласовани  импедансов преобразовател  и конструкции, достичь,целесообразного с точки зрени  рещаемой технологической задачи уровн  циклических напр жений и пластических деформаций, не превыща  при этом предельного значени  контактных напр жений дл  материала конструкции .

Физическа  сущность предлагаемого способа по сн етс  на следующем примере.

Если на пластину воздействовать одиночным ударом, в ней возбуд тс  колебани  полного спектра ее собственных частот: fi,

fz, {3 n- Возбужденные таким образом

колебани  будут затихающими вследствие поглощени  колебательной энергии материалом пластины. Если действие удара повтор ть с резонансной частотой преобразовател , близкой к одной из собственных частот конструкции, в ней возбуждаютс  вынужденные колебани , в спектре которых представлены моды свободных колебаний, обусловленные частотой возбуждени  и формой ее колебаний.

Энерги  преобразовател  в указанном

случае распредел етс  по всему представленному спектру частот свободных колебаний .

Дл  возбуждени  в пластине гармонических колебаний на одной из собственных

частот, равной резонансной частоте преобразовател  в предлагаемом способе, в качестве частотного фильтра используетс  участок поверхности пластины, размеры которого в направлении распространени  инициируемых в пластине волн обеспечивают подавление всех колебаний на сопутствующих частоте возбуждени  частотах спектра свободных колебаний.

Экспериментально установлено, что в пластине каждой из собственных частот соотвествует участок поверхности, порщневые колебани  которого обеспечивают ее фильтрацию . Размеры этого участка в направлении распространени  волны - есть некотора  функци  волновой длины;

Подавление сопутствующих основной частоте возбуждени  частот спектра конструкции при соответствующих размерах поверхности ввода колебательной энергии достигаетс  так же соблюдением опеределенной плотности насыщени  этого участка точками ввода одиночных синфазных периодических импульсов силы.

Так формируетс  поле периодических импульсных синфазных напр жений, инициирующее мощные гармонические колебани  кон35 струкции на основной частоте возбуждени .

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   Способ возбуждени  высокочастотных упругих колебаний в конструкци х, основанный на преобразовании гармонических механических колебаний в последовательность импульсных механических ударов той же частоты с пластическим деформированием

   поверхности конструкции, отличающийс  тем, что, с целью повыщени  эффективности возбуждени  механических колебаний конструкции через необработанную поверхность за счет согласовани  импеЦдансов возбудител  и конструкции, частоту гармонических механических колебаний выбирают равной собственной частоте конструкции и вво-. д т их в конструкцию по поверхности, максимальный линейный размер которой находитс  в пределах 0,,25 от длины волны

   колебаний конструкции, при этом площадь следов пластического деформировани  выбирают не меньшей половины площади поверхности ввода колебаний.

   Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент Франции № 1334459, кл. В 06 В 3/00, 1976.

   У

   . 1
2. 2. Бадал н В. Г. и др. Механизм ультразвуковой ударной обработки сварных соединений . - «Вестник машиностроени , 1979, № 8, с. 56.

   Фиг.г