مهندسی مکانیک مدرس

مهندسی مکانیک مدرس

بررسی تحلیلی و شبیه سازی المان محدود متمرکزکننده نمایی با سطح مقطع مستطیل شکل: بکارگیری در فرآیند سنگ زنی به همراه آلتراسونیک

نویسندگان
دانشگاه تربیت مدرس
چکیده
امروزه تکنولوژی آلتراسونیک در بسیاری از فرآیندهای صنعتی از جمله فرآیندهای ماشینکاری مواد سخت و شکننده، جوشکاری پلاستیکها، برش و دوخت منسوجات و هموژنسازی مواد مورد استفاده قرار می‌گیرد. در یک سیستم آلتراسونیک، متمرکزکننده، انرژی ارتعاشی ترانسدیوسر آلتراسونیک را به محل مورد کاربرد انتقال داده و دامنه نوسانات را تقویت می‌کند. بسته به کاربرد و شرایط کارکرد صنعتی، لازم است متمرکزکننده‌ها با هندسه مناسب و بزرگنمایی مطلوب طراحی و ساخته شوند. در این مقاله متمرکزکننده‌های با هندسه نمایی و با سطح مقطع مستطیلی شکل، طراحی و آنالیز شده و یک نمونه کاربرد آنها در فرآیند سنگ‌زنی به همراه آلتراسونیک مطرح می‌گردد. سپس جهت ارزیابی حل تحلیلی، چند نمونه متمرکزکننده مختلف به روش تحلیلی طراحی و سپس مدلسازی شده و در نرم افزار المان محدود ANSYS آنالیز مودال می‌شوند و پارامترهای ارتعاشی آنها شامل فرکانس تشدید و ضریب بزرگنمایی با مقادیر حاصل از شبیه‌سازی المان محدود مقایسه می‌گردد. نتایج بدست آمده، تطابق خوب بین مقادیر حل تحلیلی و شبیه‌سازی المان محدود را نشان می‌دهد. علاوه بر آن اصلاح هندسی متمرکزکننده، به عنوان راه حلی برای تطابق دقیق پارامترهای ارتعاشی آن با مقادیر مطلوب طراحی مطرح گشت. همچنین یک مجموعه متمرکزکننده‌-قطعه‌کار جهت بکارگیری در فرآیند سنگ‌زنی به همراه آلتراسونیک شبیه سازی شد.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Analytical modeling and finite element simulation of exponential horns with rectangular cross-section: Application on ultrasonic assisted grinding

نویسندگان English

MOHSEN EMAMI
mohammad h sadeghi
چکیده English

Ultrasonic technology has been applied in many industrial processes such as ultrasonic machining, welding, cutting, sewing, homogenizing, etc. In an ultrasonic system, acoustic horn transmits the vibration energy of ultrasonic transducer to the application area and amplifies the oscillation amplitude. Depending on the application and industrial operating conditions, different horns with different geometries and magnifications are required to be designed. In the present study exponential horns with rectangular cross-section for application in ultrasonic assisted grinding process are designed and analyzed. An analytical approach is applied to model this type of horns. For evaluating the analytical model, some acoustic horns are designed using analytical method and then analyzed by the finite-element method (FEM) in ANSYS. Then, their design parameters such as resonance frequency and amplification factor are compared and verified. A very good agreement is obtained between the results of analytical modeling and those of FEM simulation. Furthermore, geometrical modification was introduced as a solution to coincide the vibration related parameters of the horn to the desired design values. Moreover, a horn-workpiece assembly for applying in ultrasonic assisted grinding was simulated.

کلیدواژه‌ها English

Exponential acoustic horns with rectangular cross-section
Analytical modeling
FEM
ultrasonic assisted grinding