بررسي تحليلي و شبيه سازي المان محدود متمركزكننده نمايي با سطح مقطع مستطيل شكل: بكارگيري در فرايند سنگ زني به همراه آلتراسونيك

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

در يك سيستم آلتراسونيك، متمركزكننده، انرژي ارتعاشي ترانسديوسر آلتراسونيك را به محل مورد كاربرد انتقال داده و دامنه نوسانات را تقويت مي كند. در اين مقاله متمركزكننده هاي با هندسه نمايي و با سطح مقطع مستطيل شكل، طراحي و آناليز شده و يك نمونه كاربرد آنها در فرايند سنگ زني به همراه آلتراسونيك مطرح مي شود. سپس براي ارزيابي حل تحليلي، چند نمونه متمركزكننده مختلف به روش تحليلي طراحي و سپس مدل‌سازي شده و در نرم‌افزار المان محدود انسيس آناليز مودال مي شوند و پارامترهاي ارتعاشي آنها شامل فركانس تشديد و ضريب بزرگ‌نمايي با مقادير حاصل از شبيه‌سازي المان محدود مقايسه مي گردد. نتايج بدست آمده، تطابق خوب بين مقادير حل تحليلي و شبيه سازي المان محدود را نشان مي دهد. همچنين يك مجموعه متمركزكننده -قطعه كار جهت بكارگيري در فرايند سنگ زني به همراه آلتراسونيك شبيه‌سازي مي شود.

In an ultrasonic system, acoustic horn transmits the vibration energy of ultrasonic transducer to the application area and amplifies the oscillation amplitude. 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, the 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. Moreover, a horn-workpiece assembly for applying in ultrasonic assisted grinding is simulated.