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一阶拓扑声学系统中由类Zeeman场诱导的高阶拓扑

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Science Bulletin 2022年第5期67卷 488-494,M0004页

作者：黄学勤陆久阳严忠波严谋邓伟胤陈刚刘正猷 School of Physics and Optoelectronics South China University of TechnologyGuangzhou 510640China School of Physics Sun Yat-Sen UniversityGuangzhou 510275China State Key Laboratory of Quantum Optics and Quantum Optics Devices Institute of Laser SpectroscopyShanxi UniversityTaiyuan 030006China Collaborative Innovation Center of Light Manipulations and Applications Shandong Normal UniversityJinan 250358China Key Laboratory of Artificial Micro-and Nanostructures of Ministry of Education and School of Physics and Technology Wuhan UniversityWuhan 430072China Institute for Advanced Studies Wuhan UniversityWuhan 430072China

具有拓扑角态或铰链态的高阶拓扑绝缘体已成为当前拓扑物理研究的热门方向.然而,关于一阶拓扑绝缘体与高阶拓扑绝缘体之问联系的研究工作却寥寥无几.最近,高阶拓扑绝缘体与Z;拓扑绝缘体之间的联系被建立起来.在面内Zeeman场的作用下,Z;... 详细信息

具有拓扑角态或铰链态的高阶拓扑绝缘体已成为当前拓扑物理研究的热门方向.然而,关于一阶拓扑绝缘体与高阶拓扑绝缘体之问联系的研究工作却寥寥无几.最近,高阶拓扑绝缘体与Z;拓扑绝缘体之间的联系被建立起来.在面内Zeeman场的作用下,Z;拓扑绝缘体会转变成高阶拓扑绝缘体,体系存在零维的角态.这种面内Zeeman场可以通过铁磁近邻效应或磁性原子掺杂来实现,但是这样的实现方式大大增加了实验的复杂性.本文利用耦合共振腔设计了双层声子晶体.该体系可以等效成具有内禀面内Zeeman场的Kane-Mele模型.在锯齿形边界上,存在具有带隙的螺旋性边界态,而零维角态则存在于边界态的带隙中,由此验证了高阶拓扑态的存在.文章还进一步研究了六边形环形样品中具有互补几何结构的内外角角态,发现其声压场分别具有奇和偶对称.该工作搭建了一阶拓扑到高阶拓扑之问的桥梁.利用声子晶体的这种人造类Zeeman场,有望为研究新型拓扑态提供良好的平台.

关键词：拓扑绝缘体声子晶体螺旋性耦合共振声学系统锯齿形近邻效应零维

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超声研齿声学系统的非谐振设计与验证

振动工程学报 2018年第6期31卷 1049-1060页

作者：朱德荣杨建军邓效忠郭浩杰西北工业大学机电学院陕西西安710072 河南科技大学机电学院河南洛阳471003 河南科技大学机械装备先进制造河南省协同创新中心河南洛阳471003

在螺旋锥齿轮超声加工领域,为了提高齿轮研磨的均匀性和齿面上材料的去除效率,提出了由非谐振负载锥齿轮组成的超声研齿声学系统的设计方法。根据螺旋锥齿轮的结构特点,将齿轮简化成以节锥线为母线的圆锥台,并与换能器和变幅杆相结合构... 详细信息

在螺旋锥齿轮超声加工领域,为了提高齿轮研磨的均匀性和齿面上材料的去除效率,提出了由非谐振负载锥齿轮组成的超声研齿声学系统的设计方法。根据螺旋锥齿轮的结构特点,将齿轮简化成以节锥线为母线的圆锥台,并与换能器和变幅杆相结合构成声学系统模型。在超声波传播原理和质点机械振动理论的基础上,通过振动耦合的速度和内力连续条件,以及边界条件建立声学系统的振动频率方程,进而确定满足谐振频率和振动模态的声学系统形状尺寸参数。利用有限元方法对整体声学系统进行模态和谐响应分析,得到其在纵向谐振频率16.072kHz激励下输出振幅达到7.08μm。最后进行了螺旋锥齿轮的超声研磨和传统研磨对比实验,结果表明超声研齿工艺具有明显的技术优势,这为超声加工在螺旋锥齿轮精密制造中的应用提供了一定的理论与实验基础。

关键词：超声研齿螺旋锥齿轮声学系统非谐振设计整体有限元分析

刀具负载对蜂窝复合材料超声切割声学系统阻抗特性的影响

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中国机械工程 2016年第18期27卷 2507-2512页

作者：纪华伟虞文泽胡小平于保华杭州电子科技大学杭州310018

针对刀具负载对蜂窝复合材料超声切割声学系统的影响,利用四端网络法,将压电换能器与变幅杆结合在一起,提出了声学系统的整体设计方程,得出了负载与声学系统阻抗特性的关系式。利用有限元软件对声学系统进行模态分析及谐响应分析,并利... 详细信息

针对刀具负载对蜂窝复合材料超声切割声学系统的影响,利用四端网络法,将压电换能器与变幅杆结合在一起,提出了声学系统的整体设计方程,得出了负载与声学系统阻抗特性的关系式。利用有限元软件对声学系统进行模态分析及谐响应分析,并利用阻抗分析仪和激光位移传感器对声学系统的阻抗﹑谐振频率和输出振幅进行检测。仿真和实验结果表明:随着刀具负载的增大,声学系统的阻抗值增大,谐振频率减小,但仿真与实验得出的输出振幅与理论分析不同,这是由于刀具的放大作用造成的。研究结果对声学系统的设计及实际应用有指导意义。

关键词：刀具负载蜂窝复合材料四端网络法声学系统阻抗

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蜂窝材料超声波切割声学系统研究

中国机械工程 2014年第23期25卷 3132-3136,3146页

作者：张云电肖健雄方亮陆志平杭州电子科技大学杭州310018

根据超声波加工原理,设计了一种新型Nomex蜂窝材料数控超声波切割主轴。采用四端网格法对变幅杆进行了有限元分析和位移节点修正。建立了超声波切割声学系统有限元模型,并进行了模态分析。从振型图可以看出变幅杆法兰盘处位移变化较小,... 详细信息

根据超声波加工原理,设计了一种新型Nomex蜂窝材料数控超声波切割主轴。采用四端网格法对变幅杆进行了有限元分析和位移节点修正。建立了超声波切割声学系统有限元模型,并进行了模态分析。从振型图可以看出变幅杆法兰盘处位移变化较小,输出端振幅较大。利用激光位移传感器测量了刀具的振动位移,圆形刀振幅a=22.37μm,满足加工要求。利用超声波切割主轴对Nomex蜂窝材料进行了大量切割实验,取得了加工表面平整光滑、加工精度高、切削过程中没有粉尘污染等显著效果。

关键词：超声波切割复合变幅杆声学系统模态分析

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超声研磨声学系统振动特性与试验研究

工具技术 2004年第12期38卷 25-28页

作者：张昌娟刘传绍赵波河南焦作工学院

分析了超声振动研磨声学系统研具的固有频率和振型,建立了力学模型及其位移方程,探讨了研具的共振机理,根据理论和试验得出结论当研具以自身的固有频率共振时,系统处于全谐振状态。

关键词：声学系统研磨超声振动固有频率振动特性力学模型振型共振位移方程试验研究

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超声流量计声学系统及其传感器

传感技术学报 1989年第1期2卷 29-35页

作者：孙长柏东南大学

本文叙述了超声流量计的工作原理及其应用,给出了测量中常用的数学模型。还介绍了超声流量计四测线声学系统以及用于该系统的插入式传感器。

关键词：超声流量计声学系统传感器时差法环鸣原理频差法

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超声引线键合声学系统技术研究

超声引线键合声学系统技术研究

作者：冯刚杭州电子科技大学

学位级别：硕士

超声引线键合声学系统是超声引线键合机的核心组成部分,其设计及加工的好坏直接影响键合效果。本文的研究目的是提高超声引线键合声学系统的声学特性与制造方法。本论文的主要内容安排如下:(1)指出引线键合技术所属领域,简要概括微电子... 详细信息

超声引线键合声学系统是超声引线键合机的核心组成部分,其设计及加工的好坏直接影响键合效果。本文的研究目的是提高超声引线键合声学系统的声学特性与制造方法。本论文的主要内容安排如下:(1)指出引线键合技术所属领域,简要概括微电子封装领域的发展现状与趋势,阐述课题的研究背景和意义,综述国内外引线键合装备和超声引线键合声学系统的研究情况以及存在的问题,针对目前研究中存在的问题提出本文的主要研究内容。(2)超声引线键合声学系统设计。运用四端网络法,建立换能器和复合变幅杆整体的四端网络模型,推导出四端网络的各系数矩阵,通过求解系数矩阵相关参数,推导出声学系统的频率方程。然后确定谐振频率为64kHZ的声学系统的换能器、变幅杆、及压电陶瓷等零部件的选材、结构尺寸等,采用传统计算方法和有限元模拟方式计算其他参数。设计出各项声学参数符合要求的声学系统。(3)超声引线键合声学系统制造。对声学系统进行加工工艺的研究。分析声学系统所需加工要素,指出声学系统加工难点在于复合变幅杆圆锥面上斜小孔的加工,分析斜小孔加工方法与工艺,针对该斜小孔加工问题设计加工方案,采用超声电火花复合加工方法对斜小孔加工,加工出声学系统各零部件,然后装配出样机。(4)超声引线键合声学系统测试与实验。对所设计的声学系统进行声学系统测试与研究。利用超声阻抗测试仪测量声学系统谐振频率、阻抗以及品质因数等参数;采用日本基恩士公司生产的LK-G5000系列激光位移传感器进行位移、速度及加速度的测量;对铂金丝进行超声引线键合实验,改变劈刀悬伸长度,对声学系统模型进行有限元分析,总结声学参数随劈刀悬伸长度的变化规律。(5)总结全文所做的研究工作,指出研究工作中所作的创新工作,并对今后的工作提出展望。

关键词：超声引线键合声学系统有限元分析加工工艺

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纵—扭复合振动超声深滚加工声学系统研究

纵—扭复合振动超声深滚加工声学系统研究

作者：韩杰河南理工大学

学位级别：硕士

机械结构及零部件广泛应用在海洋工程、航天航空、电力和冶金等重要领域，且需要较小粗糙度值、较高表面硬度以提高零部件配合精度、增强表面耐磨、耐腐蚀等性能。纵-扭复合振动超声深滚加工技术集成了常规的纵向振动超声深滚加工技术... 详细信息

机械结构及零部件广泛应用在海洋工程、航天航空、电力和冶金等重要领域，且需要较小粗糙度值、较高表面硬度以提高零部件配合精度、增强表面耐磨、耐腐蚀等性能。纵-扭复合振动超声深滚加工技术集成了常规的纵向振动超声深滚加工技术和纵扭共振超声加工技术的优点，既保证了纵向振动超声深滚加工所产生的大深度高幅值残余压应力，适量的加工硬化和金属表面纳米化，又利用了纵-扭复合振动特性来进一步提高零件的加工精度。在纵-扭复合振动超声深滚加工技术中，超声声学系统的设计是其关键技术之一。本研究针对纵-扭复合振动超声深滚加工声学系统设计难题，沿着两种设计思路展开研究，使声学系统在纵向单激励下实现纵-扭复合振动。首先，从一维波动理论出发，结合纵向振动和扭转振动波动方程来求解圆锥形复合变幅杆中纵向及扭转振动同频共振条件，进而确定纵-扭复合振动超声变幅杆的频率设计方程。数值研究结果表明：选择合适的几何结构参数，可利用圆锥形复合变幅杆在纵向单激励下实现纵-扭复合振动，但纵向振动位移节点和扭转振动位移节点不相同，导致变幅杆或声学系统的固定困难。然后采用开斜槽传振杆，由单一纵振模态诱导出纵-扭复合振动模态，实现纵-扭复合振动，并通过分析其振动特性来确定纵-扭复合振动频率。数值研究结果表明，采用纵向振动阶梯形变幅杆和开斜槽传振杆组成声振系统，可以实现纵-扭复合振动，且可在阶梯形变幅杆的位移节点处固定声振系统;声振系统输出端的运动轨迹为二维螺旋曲线，且振幅呈周期性。对声学系统进行测试分析，结果表明该声学系统振动良好，且与有限元分析结果吻合。本研究可为纵-扭复合振动超声声学系统的设计提供一种新的设计思路。

关键词：纵-扭复合振动声学系统超声深滚加工有限元分析

超声切割负载对超声切割声学系统稳定性的影响研究

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超声切割负载对超声切割声学系统稳定性的影响研究

作者：虞文泽杭州电子科技大学

学位级别：硕士

复合材料以其良好的性能在航空﹑船舶等领域得到广泛的应用,如蜂窝复合材料和碳纤维复合材料等。复合材料与普通材料相比,不仅仅是其材料本身的属性特殊,更重要的是其复合而成的结构复杂性,正是由于以上两点导致了复合材料的难加工性。... 详细信息

复合材料以其良好的性能在航空﹑船舶等领域得到广泛的应用,如蜂窝复合材料和碳纤维复合材料等。复合材料与普通材料相比,不仅仅是其材料本身的属性特殊,更重要的是其复合而成的结构复杂性,正是由于以上两点导致了复合材料的难加工性。传统加工复合材料采用的是高速铣削的方式,这种方式确实能高效地对复合材料进行加工,但加工过程中产生大量对人体有害的粉尘,同时加工之后的复合材料本身的表面质量并不是十分的理想。针对复合材料加工中出现的问题,有学者提出采用超声加工的方式来改进以上出现的问题。本文所研究的超声切割加工是针对复合材料粗加工所提出的,但现有关于超声切割的研究尚不成熟,尤其是在稳定性方面,在受到负载的情况下,超声切割系统容易出现停振﹑发热等现象。本文以超声切割声学系统为研究对象,针对受负载影响之后的声学系统稳定性进行研究。主要的研究内容及成果如下:(1)目前针对超声切割声学系统的设计都是将声学系统分散成压电换能器﹑变幅杆等单元单独设计,即使是现有针对负载的分析也只是对变幅杆而言,但负载实际的作用对象却是整个系统。本文利用四端网络法将压电换能器﹑变幅杆和负载三者统一,建立超声切割声学系统的整体理论模型,并得出负载—阻抗,负载—电流—振幅等相关表达式,利用MATLAB将负载对声学系统的参数影响图像化,为后面针对具体的负载分析奠定了理论基础。(2)针对刀具负载在设计中无法进行参数化分析的问题,利用ANSYS软件将刀具与系统模型化,将增加刀具负载之后的声学系统与空载时的声学系统进行对比,仿真结果表明刀具的质量越大,声学系统的纵振阶谐振频率就会越小。同时,在同等输入振幅的情况下,刀具质量越重,输出端振幅就越小。利用阻抗分析仪和激光位移传感器对声学系统的阻抗特性及输出位移进行检测,实验结果表明,增加刀具负载之后声学系统谐振频率减小,谐振时阻抗值变大,系统的能量转换效率变低。实验的结果为后期设计刀具提供有力的参考。(3)针对受到超声切割力负载之后系统出现停振,杂声等现象,本文首先对超声切割力模型进行分析,将超声切割力沿声学系统坐标系分解,分别对三个方向的运动和分力进行分析。利用数显式推拉力计对声学系统施加三个方向的力,再对整个声学系统的性能进行检测。之后,在搭建的超声切割平台上对声学系统在实际切割时的声学性能进行检测。实验得出了受力与谐振频率偏移量,振幅,阻抗值等之间的关系,为实际加工的工艺提供理论指导。

关键词：超声切割声学系统刀具负载力负载阻抗谐振频率振幅