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局部放电中声波产生机理及仿真分析 被引量:2
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作者 王巍然 安志武 《应用声学》 北大核心 2025年第2期489-496,共8页
局部放电是电力设备安全运行的严重隐患。超声法可以探测局部放电发出的声波并定位声源,是一种被广泛应用的检测手段。为了更加准确地描述局部放电产生超声波的机理和过程,该文针对电晕放电这一典型的局部放电现象在理论上分析了其产生... 局部放电是电力设备安全运行的严重隐患。超声法可以探测局部放电发出的声波并定位声源,是一种被广泛应用的检测手段。为了更加准确地描述局部放电产生超声波的机理和过程,该文针对电晕放电这一典型的局部放电现象在理论上分析了其产生声波的机理。该理论基于流体动力学理论,将带电粒子的连续性方程、电场泊松方程和有源声波方程进行耦合,并利用有限元仿真求解出了声场分布。结果表明:声源附近处的声波频率和放电电流脉冲频率保持一致;声波具有较强的指向性,针尖正下方的声场明显强于其他方向;随着传播距离的增大,声波出现明显衰减,且高频分量衰减更快,表现为峰值频率向低频漂移;放电电流脉冲幅值、声压大小和峰值频率均和外接电压幅值呈正相关。相关结果能较好地明晰电学量与声学量之间的关系,为局部放电超声检测法的定量化研究提供一定帮助。 展开更多
关键词 局部放电 电晕放电 发声机理 仿真分析 流体动力学模型
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压电层合弯曲振动换能器的传输矩阵建模与分析
2
作者 任文博 刘洋 林书玉 《应用声学》 北大核心 2025年第5期1102-1110,共9页
压电层合弯曲振动换能器具有辐射阻抗低、辐射面积大、易匹配、结构简单和性能稳定等优点,在水下声学、气介超声等领域有广泛研究。为了精确预估压电层合弯曲振动换能器的动力学特性,该文基于Mindlin厚板理论并通过传输矩阵法对换能器... 压电层合弯曲振动换能器具有辐射阻抗低、辐射面积大、易匹配、结构简单和性能稳定等优点,在水下声学、气介超声等领域有广泛研究。为了精确预估压电层合弯曲振动换能器的动力学特性,该文基于Mindlin厚板理论并通过传输矩阵法对换能器的振动特性进行了理论建模,将压电层合换能器沿径向切分为N个等厚度的层合圆环机械串联,结合电学边界条件推导了压电层合弯曲振动换能器自由振动的频率方程。为了验证该理论模型的正确性,使用有限元分析软件对压电层合弯曲振动换能器进行了数值模拟,同时研制了实物换能器进行实验测量。结果表明,数值模拟和实验测量与理论计算所得共振频率的相对误差小于5%,验证了该理论的准确性。该理论模型为压电层合弯曲振动换能器的设计和优化提供快速分析方法,并为实际工程应用提供了理论支撑。 展开更多
关键词 压电层合换能器 Mindlin厚板理论 传输矩阵法 弯曲振动
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冲击波椭球罩聚焦性研究:有限元仿真与光纤传感器验证
3
作者 张硕 龚艺 +5 位作者 刘真民 李绍颖 商娅娜 刘书朋 陈娜 张恒 《工业控制计算机》 2025年第6期112-114,共3页
椭球体对于声波能量的聚焦效果十分明显,基于安培定则、冲击波传播及聚焦理论,建立冲击波生成及反射聚焦模型。由电生磁推动产生冲击波,运用有限元仿真软件对声波在椭球体内的传播和聚焦进行模拟仿真,设计出聚焦椭球罩,利用非本征型光... 椭球体对于声波能量的聚焦效果十分明显,基于安培定则、冲击波传播及聚焦理论,建立冲击波生成及反射聚焦模型。由电生磁推动产生冲击波,运用有限元仿真软件对声波在椭球体内的传播和聚焦进行模拟仿真,设计出聚焦椭球罩,利用非本征型光纤法布里-珀罗(Extrinsic Fabry-Perot Interferometric,EFPI)传感器接收椭球罩产生的声波,测量椭球体内焦平面和声轴方向上的声场分布。研究结果表明:由仿真模型设计的椭球罩对脉冲声波可以实现有效聚焦,通过对椭球聚焦罩内焦平面和声轴两个方向上传感器声压测量,实验结果与仿真结果一致。 展开更多
关键词 椭球罩 压力分布 声波聚焦 F-P传感器 声场测量
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双排斜槽纵-扭复合振动压电超声换能器
4
作者 陈奕豪 林书玉 《应用声学》 北大核心 2025年第1期63-74,共12页
为了提升纵-扭复合振动换能器的输出效率,该文研究了双排斜槽纵-扭复合振动压电超声换能器,其由一个夹心式压电超声换能器和一个带有双排斜槽的空心圆柱传振杆组成。给出双排斜槽纵-扭复合振动压电超声换能器的等效电路图,推导了输入阻... 为了提升纵-扭复合振动换能器的输出效率,该文研究了双排斜槽纵-扭复合振动压电超声换能器,其由一个夹心式压电超声换能器和一个带有双排斜槽的空心圆柱传振杆组成。给出双排斜槽纵-扭复合振动压电超声换能器的等效电路图,推导了输入阻抗和频率方程。基于有限元仿真软件分析了斜槽的排数和双排斜槽的倾角、间距、长度、宽度、深度和传振杆周向刻槽数量等几何形状对纵-扭复合振动压电超声换能器共振频率和输出端平均扭转量的影响。设计和加工了换能器,实验测试表明理论共振频率与实验结果吻合较好,双排斜槽纵-扭复合振动压电超声换能器可以有效提升输出端平均扭转量和纵向-扭转振动的比率。 展开更多
关键词 双排斜槽纵-扭换能器 扭转振动 等效机电图 共振频率
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超磁致伸缩换能器设计和实验
5
作者 王一凡 贺西平 《应用声学》 北大核心 2025年第4期842-849,共8页
设计了一款窗型(双棒)和一款单棒结构频率为20kHz的超磁致伸缩换能器,以输出振幅大、稀土棒内磁场均匀、棒受到应力小为优化目标对换能器的磁路进行了优化设计,并仿真计算了换能器的振动及声性能参数,如振型、输出振幅、阻抗圆和工作一... 设计了一款窗型(双棒)和一款单棒结构频率为20kHz的超磁致伸缩换能器,以输出振幅大、稀土棒内磁场均匀、棒受到应力小为优化目标对换能器的磁路进行了优化设计,并仿真计算了换能器的振动及声性能参数,如振型、输出振幅、阻抗圆和工作一定时间的温升。结果表明,窗型和单棒换能器稀土棒轴向磁场均匀度分别为92.31%和86.52%;1A激励电流窗型换能器的输出振幅为6.3μm,单棒换能器为5.0μm;1A激励电流窗型换能器工作15min温度升高了47.8℃,单棒换能器相同电流、相同工作时间温度升高了57.8℃。对试制的两款换能器测试表明,窗型和单棒换能器的质量分别为2274g和2166g,长、宽分别为134mm、124mm和134mm、90mm;相同激励电流下窗型换能器的输出振幅是单棒换能器的1.4倍,工作相同时间窗型换能器温升比单棒换能器低6℃;窗型换能器的电声效率为67.88%,单棒换能器为65.2%。更大的输出位移提高了工作效率、拓宽了换能器的应用领域;更低的温升可以延长换能器的使用寿命、提高工作稳定性;更高的电声效率有利于实现节能降耗和提升经济效益的目标。这为实际应用时的选择提供了参考。 展开更多
关键词 超磁致伸缩换能器 仿真计算 窗型结构 阻抗圆
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纵弯正交耦合压电超声振动系统的设计及振动性能
6
作者 许龙 李雪松 +2 位作者 姚磊 龚涛 梁召峰 《物理学报》 北大核心 2025年第13期205-215,共11页
为了实现单个压电超声振动系统的多维超声辐射、有效增大系统的超声辐射面积,本文提出了一种新型纵弯正交耦合压电超声振动系统.其由纵向正交复合振动夹心式压电超声换能器、纵向振动圆锥形变幅杆和弯曲振动金属圆盘组成.基于耦合振动... 为了实现单个压电超声振动系统的多维超声辐射、有效增大系统的超声辐射面积,本文提出了一种新型纵弯正交耦合压电超声振动系统.其由纵向正交复合振动夹心式压电超声换能器、纵向振动圆锥形变幅杆和弯曲振动金属圆盘组成.基于耦合振动理论和力电类比原理建立了振动系统的机电等效电路模型,推导了其共振、反共振频率方程.通过等效电路法、有限元仿真以及实验测试对振动系统的纵弯耦合振动特性进行研究,结果表明该振动系统可有效实现二维四向超声辐射,为该类新型超声振动系统的工程设计提供了理论基础.本文成果有望在超声凝聚、超声除雾等领域获得广泛应用. 展开更多
关键词 压电超声换能器 二维耦合振动 机电等效电路 振动模态
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窗型超磁致伸缩换能器的设计与试验研究
7
作者 王一凡 贺西平 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第20期298-304,317,共8页
该研究研制了一种窗型结构(双棒结构)超磁致伸缩换能器。等效电路法设计了换能器,以输出端振幅最大、稀土棒内磁场均匀和棒内小峰值应力为目标,有限元方法优化了其结构尺寸,并仿真计算了阻抗圆、输出端振幅随激励电流变化的规律,以及工... 该研究研制了一种窗型结构(双棒结构)超磁致伸缩换能器。等效电路法设计了换能器,以输出端振幅最大、稀土棒内磁场均匀和棒内小峰值应力为目标,有限元方法优化了其结构尺寸,并仿真计算了阻抗圆、输出端振幅随激励电流变化的规律,以及工作频率点处温升与时间的关系。测试了换能器样品,结果表明:测试频率为19.64 kHz,设计值为19.45 kHz;1 A激励电流的位移振幅测试值为6.1μm,计算值为6.3μm;电声效率测试值为52.58%,计算值为41.51%;试验测试1 A电流工作15 min后温度升为45.5℃,仿真计算的温度升为47.8℃。试验测试与理论计算基本吻合。 展开更多
关键词 窗型结构 超磁致伸缩换能器 等效电路 仿真计算 温升
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弯曲振动复合楔形超声聚能器的设计
8
作者 文仕豪 许龙 +4 位作者 朱怀球 吴德林 高申平 王萧博 姚磊 《应用声学》 CSCD 北大核心 2024年第6期1366-1374,共9页
为了建立楔形变截面弯曲超声振动系统的设计理论,该文基于Timoshenko梁弯曲振动理论,推导了复合楔形超声聚能器的弯曲振动共振频率方程和放大系数解析表达式。利用解析理论模型和有限元仿真对复合楔形聚能器的前4阶弯曲振动特性进行了... 为了建立楔形变截面弯曲超声振动系统的设计理论,该文基于Timoshenko梁弯曲振动理论,推导了复合楔形超声聚能器的弯曲振动共振频率方程和放大系数解析表达式。利用解析理论模型和有限元仿真对复合楔形聚能器的前4阶弯曲振动特性进行了计算分析。结果表明:复合楔形超声聚能器的高度比和长度比对各阶弯曲共振频率和放大系数均有较大的影响;解析理论计算的聚能器的各阶弯曲共振频率和位移放大系数与有限元仿真结果一致,两种方法计算的聚能器的各阶弯曲共振频率相对误差均小于3%。由此表明该解析理论模型具有较高的理论计算精度。最后,设计并制作了复合楔形聚能器实验样品并对其一阶共振频率实验测试,实验测试结果与理论计算结果和有限元仿真结果吻合较好。该文研究结果为弯曲振动复合楔形超声振动系统的工程设计提供解析理论参考。 展开更多
关键词 TIMOSHENKO梁理论 弯曲振动 传递矩阵 有限元仿真
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激光激发超声波的新方法研究 被引量:12
9
作者 孔令剑 徐军 +3 位作者 闫夷升 谷小飞 朱桂芳 侯洵 《光子学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2006年第1期20-23,共4页
介绍了激光激发超声波的原理,分别给出了热弹机制和烧蚀机制下的纵波和剪切波理论波形;基于排列因子作用,提出了一种新型激光激发超声波的方法———激光定相位排列激发超声波,激光源经过定相位排列后,在某一方向上产生的超声波幅度比... 介绍了激光激发超声波的原理,分别给出了热弹机制和烧蚀机制下的纵波和剪切波理论波形;基于排列因子作用,提出了一种新型激光激发超声波的方法———激光定相位排列激发超声波,激光源经过定相位排列后,在某一方向上产生的超声波幅度比传统单一源产生的超声波幅度要强很多,采用此种方法,可实现对超声信号方向和强度的有效激发控制,对下一步的超声无损检测有非常重要的意义;结合实际给出了该方法的实现方式· 展开更多
关键词 超声学 激光超声 定相位排列 热弹机制 烧蚀机制
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温度对超声空化声场的影响 被引量:15
10
作者 朱秀丽 牛勇 +3 位作者 皇磊落 贺龙 邓思文 蒋华刚 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2008年第5期35-37,共3页
根据鲁米诺增强声致发光的原理,应用微光测量系统,对超声清洗槽内的空化声场进行了测量,分析了声致发光的强度与温度之间的关系.结果表明,在输入功率和超声波频率不变条件下,液体温度从6~85℃上升过程中,声致发光强度开始时逐渐增大,... 根据鲁米诺增强声致发光的原理,应用微光测量系统,对超声清洗槽内的空化声场进行了测量,分析了声致发光的强度与温度之间的关系.结果表明,在输入功率和超声波频率不变条件下,液体温度从6~85℃上升过程中,声致发光强度开始时逐渐增大,后来逐渐减小,55℃左右时光强达到最大值. 展开更多
关键词 声致发光 温度 微光测量系统 空化
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锁相环跟踪超声振动系统谐振频率的改进 被引量:15
11
作者 王艳东 李赫 +1 位作者 王敏慧 鲍善惠 《声学技术》 CSCD 北大核心 2007年第2期253-256,共4页
锁相式频率跟踪超声发生器的频率跟踪范围较小且易出现死锁现象,通常要人为重新启动,系统才能恢复跟踪状态,在应用时会带来麻烦。根据超声振动系统的等效电路研究其阻抗特性,并通过实验绘制换能器特性曲线,分析应用CD4046跟踪串联谐振... 锁相式频率跟踪超声发生器的频率跟踪范围较小且易出现死锁现象,通常要人为重新启动,系统才能恢复跟踪状态,在应用时会带来麻烦。根据超声振动系统的等效电路研究其阻抗特性,并通过实验绘制换能器特性曲线,分析应用CD4046跟踪串联谐振频率容易造成死锁的具体原因,提出带解锁的频率跟踪系统的方案。实验结果表明此方案有较大的跟踪调节范围与较强的适应负载变化的能力,对超声发生器的具体应用有一定的参考意义。 展开更多
关键词 锁相环 频率跟踪 串联谐振频率 超声振动系统
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纵振激励频率对圆盘弯曲振动特性的影响 被引量:13
12
作者 宁景锋 贺西平 李娜 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2011年第4期100-102,共3页
利用有限元方法,计算并分析了具有一定大小的激励面积、频率不同的纵向夹心式换能器激励圆盘中心时,产生一阶弯曲振动的规律。结果表明:随着激励源频率的逐渐提高,圆盘弯曲振动的基频在不断增大,节圆半径也在增大,圆盘圆心处的位移振幅... 利用有限元方法,计算并分析了具有一定大小的激励面积、频率不同的纵向夹心式换能器激励圆盘中心时,产生一阶弯曲振动的规律。结果表明:随着激励源频率的逐渐提高,圆盘弯曲振动的基频在不断增大,节圆半径也在增大,圆盘圆心处的位移振幅先增大后减小。实验测试与有限元计算结果基本吻合。该研究为此类复合纵弯振动系统的设计和实际应用提供了一定的参考。 展开更多
关键词 激励源 圆盘 弯曲振动 基频 有限元方法
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自由边界矩形薄板弯曲振动辐射声场指向性研究 被引量:9
13
作者 张勇 贺西平 +1 位作者 李伟 许龙 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2010年第4期36-39,45,共5页
应用有限元法,求出了声源表面振动位移.对瑞利积分公式进行离散,推导出了矩形薄板指向性的数值表达式,并以自由边界弯曲振动矩形薄板为例,计算了其二维及三维指向性.结果表明:对于自由边界弯曲振动矩形板的不同振动阶次,其在中心轴线上... 应用有限元法,求出了声源表面振动位移.对瑞利积分公式进行离散,推导出了矩形薄板指向性的数值表达式,并以自由边界弯曲振动矩形薄板为例,计算了其二维及三维指向性.结果表明:对于自由边界弯曲振动矩形板的不同振动阶次,其在中心轴线上无指向性.随着矩形板振动阶次的增加,指向性趋向尖锐. 展开更多
关键词 指向性 弯曲振动 辐射声场 有限元方法
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指数形负载超声变幅杆频率方程与放大系数的研究 被引量:11
14
作者 姚文苇 林书玉 王亚雄 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2005年第3期53-55,58,共4页
求解了加负载时超声变幅杆的放大系数,得到了加负载时放大系数的统一算式.利用变幅杆纵向振动四端网络等效电路,计算了指数形变幅杆负载为纯阻与纯抗时纵向振动共振频率方程和放大系数.通过Matlab软件绘制了共振频率及放大系数随负载变... 求解了加负载时超声变幅杆的放大系数,得到了加负载时放大系数的统一算式.利用变幅杆纵向振动四端网络等效电路,计算了指数形变幅杆负载为纯阻与纯抗时纵向振动共振频率方程和放大系数.通过Matlab软件绘制了共振频率及放大系数随负载变化的曲线.结果表明,负载较小时,频率与放大系数有较快的改变;负载较大时,频率与放大系数变化较小,基本趋于稳定. 展开更多
关键词 超声变幅杆 共振频率 放大系数 负载
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有负载的超声弯曲变幅杆的振动特性分析 被引量:19
15
作者 周光平 李明轩 《声学学报》 EI CSCD 北大核心 2000年第3期280-284,共5页
基于传递矩阵法,介绍了负载情况下弯曲变幅杆振动分析的一般方法。作为方法的应用例,对负载情况下弯曲交幅杆的谐振频率,以及负载情况下变幅杆的放大系数进行了一些数值计算。最后验证了负载抗对变幅杆谐振频率的影响。
关键词 负载 超声 弯曲变幅杆 振动特性 谐振频率
原文传递
悬链线形超声变幅杆共振频率的瑞利修正 被引量:9
16
作者 张鹏利 付志强 林书玉 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2009年第5期35-37,41,共4页
应用瑞利近似理论,对大尺寸悬链线形变幅杆的纵向振动的共振频率进行了修正,得到了修正频率表达式.利用有限元软件Ansys对一组大尺寸的悬链线形变幅杆进行模态分析.将修正结果与一维理论相比,发现修正后的值更接近于有限元模拟仿真值.
关键词 大尺寸悬链线形变幅杆 共振频率 频率修正 模态分析
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有限长圆柱壳水中辐射声场的解析法与有限元/边界元研究 被引量:5
17
作者 石焕文 肖静 +1 位作者 仇菲菲 盛美萍 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2010年第4期40-45,共6页
在考虑结构损耗的情况下,基于圆柱壳的振动方程和声辐射阻抗,求解了简支在两个半无限长圆柱壳障板上的有限长圆柱壳水中声辐射的声场分布特征.基于有限元与边界元(Finite Element-the Boundary Element,FEM/BEM),计算了两端带平底板圆... 在考虑结构损耗的情况下,基于圆柱壳的振动方程和声辐射阻抗,求解了简支在两个半无限长圆柱壳障板上的有限长圆柱壳水中声辐射的声场分布特征.基于有限元与边界元(Finite Element-the Boundary Element,FEM/BEM),计算了两端带平底板圆柱壳的辐射声场指向性,并与解析解结果作了对比分析.结果表明:结构损耗因子增大时辐射声功率减小而辐射效率在增大.当激励力频率较低时圆柱壳辐射声场指向性为"∞"的形状;随频率增高,轴向模态和周向模态综合效果导致辐射声场指向性趋于复杂.只有在端板声辐射很弱的激励情形下,才可以用带障板的简支圆柱壳声辐射解析解分析带平底圆柱壳的声辐射规律.计算简支圆柱壳的声辐射特征,必须要考虑结构的损耗. 展开更多
关键词 圆柱壳 结构损耗 声辐射 声场分布
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复合管功率超声压电换能器的径向振动特性 被引量:15
18
作者 刘世清 姚晔 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第10期239-244,共6页
在纵向复合压电超声换能器基础上,提出并研究带预应力外壳的径向复合管压电超声换能器的径向振动特性。换能器由径向极化薄壁压电陶瓷圆管与预应力金属圆管外壳径向复合而成。依据机电类比原理,建立起复合系统的径向振动等效电路,并给... 在纵向复合压电超声换能器基础上,提出并研究带预应力外壳的径向复合管压电超声换能器的径向振动特性。换能器由径向极化薄壁压电陶瓷圆管与预应力金属圆管外壳径向复合而成。依据机电类比原理,建立起复合系统的径向振动等效电路,并给出其径向振动共振频率方程。结合数值计算例,探讨换能器的共振和反共振频率以及有效机电耦合系数与预应力圆管半径比之间的关系。设计制作4个径向复合管压电超声换能器样品,通过试验测量换能器径向振动共振和反共振频率。结果表明,换能器径向共振频率的理论值与测量结果符合较好,误差小于5%。 展开更多
关键词 管形压电超声换能器 径向振动 频率方程 共振频率 反共振频率
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激光热弹激发超声脉冲的特性研究 被引量:23
19
作者 钱梦 张万春 吴田成 《声学学报》 EI CSCD 北大核心 1995年第1期1-10,共10页
由一维的热传导方程和Navier-Stokes方程,对半无限媒质表面受脉宽为t0的矩形激光脉冲激励时所形成的热弹超声应力脉冲作了理论研究。在媒质是强或弱吸收,表面是钳紧或自由的情况下所得到的超声应力脉冲表达式以及对强... 由一维的热传导方程和Navier-Stokes方程,对半无限媒质表面受脉宽为t0的矩形激光脉冲激励时所形成的热弹超声应力脉冲作了理论研究。在媒质是强或弱吸收,表面是钳紧或自由的情况下所得到的超声应力脉冲表达式以及对强吸收试样的实验结果,都表明对于自由表面激光脉冲所激发的超声应力脉冲是双极性的,而在钳紧表面时则是单极性的。 展开更多
关键词 激光热弹激发 超声脉冲 特性 激光超声技术
原文传递
变幅杆位移节点和应变极大位置的关系 被引量:7
20
作者 刘豆豆 贺西平 李家星 《陕西师范大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2014年第3期48-51,共4页
针对常见单一形状函数纵振变幅杆,采用解析方法研究了谐振长度、位移节点和应变极大点之间的关系.计算发现在谐振频率下,变幅杆位移节点与应变极大点位置之和约等于其一阶谐振长度.对新型的贝兹曲线变幅杆也做了相应计算,结果验证了该... 针对常见单一形状函数纵振变幅杆,采用解析方法研究了谐振长度、位移节点和应变极大点之间的关系.计算发现在谐振频率下,变幅杆位移节点与应变极大点位置之和约等于其一阶谐振长度.对新型的贝兹曲线变幅杆也做了相应计算,结果验证了该结论的正确性,此结论有助于变幅杆设计计算过程的简化. 展开更多
关键词 变幅杆 贝兹曲线变幅杆 谐振长度 位移节点 应变极大点
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