THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
1. Thông tin chung
- Tên đề tài: Nghiên cứu động lực học phi tuyến thiết bị rung siêu âm cường độ cao.
- Mã số: B2020-TNA-02
- Chủ nhiệm: TS. Lương Việt Dũng
- Cơ quan thực hiện: Trường ĐH Kỹ thuật Công nghiệp
- Thời gian thực hiện: 01/2020 – 12/2022
2. Mục tiêu đăng ký
2.1. Mục tiêu chung
Xây dựng được mô hình rung động có tải thay đổi (phi tuyến) cho đầu rung siêu âm trong gia công có trợ giúp của rung động siêu âm.
2.2. Mục tiêu cụ thể
- Mô hình hóa phần tử hữu hạn đầu rung siêu âm nhằm phân tích ứng xử động lực học kết cấu đầu rung siêu âm.
- Đánh giá được độ tin cậy, tính chính xác và kiểm chứng khả năng ứng dụng của mô hình phân tích ứng xử động lực học trong thiết kế đầu rung siêu âm.
3. Kết quả nghiên cứu
Đề tài thực hiện đã đánh giá thực trạng và phân tích được các tồn tại của các mô hình nghiên cứu đã thực hiện, từ đó đề xuất các mô hình rung động của đầu rung siêu âm, phương pháp phân tích, mô phỏng ứng xử động lực học của đầu rung bao gồm mô phỏng trên Matlab và phân tích phần tử hữa hạn bằng phần mềm thương mại như Abaqus, vv.
Đề tài đã nghiên cứu xây dựng mô hình thí nghiệm xác định một số thông số đặc trưng cho đáp ứng động học, động lực học đầu rung siêu âm; Thiết kế, chế tạo các kết cấu phục vụ hệ thống thí nghiệm, tích hợp các thành phần để xây dựng hệ thống thí nghiệm; xây dựng chương trình thu thập và xử lý dữ liệu.
Đề tài đã nghiên cứu thiết kế mạch điều khiển và tạo tín hiệu rung động siêu âm đa dải tần, ghép nối với mạch công suất siêu âm của bộ nguồn siêu âm hiện có (Pearl Ultrasonic Welder USG 634) để nâng cấp bộ nguồn hàn siêu âm có thể chỉnh định hoạt động trên một số dải tần khác nhau (từ 20KHz đến 40Khz) và mức công suất khác nhau, từ đó, thiết kế và chế tạo một số đầu rung siêu âm thử nghiệm trong ứng dụng hàn nhựa hay làm sạch.
4. Sản phẩm
4.1. Sản phẩm ứng dụng
- 01 hệ thống thiết bị rung siêu âm cường độ cao trợ giúp gia công cơ với các thành phần chính gồm: bộ nguồn siêu âm; bộ tạo sóng siêu âm công suất (đầu rung siêu âm) trên 200W, bộ khuếch đại siêu âm và đồ gá phù hợp cho ứng dụng hàn, khoan hoặc đánh bóng siêu âm.
- 01 mô hình đo lường các đặc tính, thông số rung động siêu âm. Mô hình thí nghiệm đo xác định biên độ, tần số đầu rung siêu âm dùng trong gia công cơ.
Dải đo 1: Biên độ tới 64 microns, độ phân giải đạt khoảng 160nm, tần số đạt 100kHz. Dải đo 2: Biên độ tới 6 mm, độ phân giải đạt khoảng 14 microns, tần số đạt 100kHz
4.2. Sản phẩm khoa học
- 01 bài báo quốc tế ISI/SCIE thuộc nhóm Q2
- 01 bài báo quốc tế Scopus thuộc nhóm Q3
- 01 bài báo trong nước đăng trên tạp chí được HĐGSNN tính điểm
4.3. Sản phẩm đào tạo
- 01 chuyên đề NCS thuộc lĩnh vực của đề tài
- 01 thạc sỹ bảo vệ thành công theo hướng nghiên cứu của đề tài
INFORMATION ON RESEARCH RESULTS
1. General information
- Project title: Nonlinear dynamics study of high-intensity ultrasonic vibration equipment
- Code number: B2020-TNA-02
- Lead researcher: Dr. Luong Viet Dung
- Project implementing organization: TNU - University of Technology
- Duration: from 01/2020 to 12/2022
2. Objective(s):
General objective:
This project aims to develop nonlinear models for transducers in ultrasonic-assisted machining.
Specific objective:
Finite element modeling of the ultrasonic transducer to analyze the dynamic behavior of their structure.
Evaluate the reliability, accuracy, and validate the applicability of the dynamic behavior analysis model in designing ultrasonic transducers.
3. Research results
The project had reviewed, evaluated and analyzed the limitation and advances of previous studies, then proposed new vibration models for ultrasonic transducers. The analytical and dynamic simulation method of the ultrasonic transducer included simulation on Matlab and finite element analysis using commercial software such as Abaqus, etc.
The project also developed an experimental system to determine some parameters characterized for the dynamic and kinetic response of the ultrasonic transducers which involved designing and manufacturing structures, installing the system, and developing programs to collect and process data.
In addition, the project investigated the design of a control circuit and the generation of multi-frequency ultrasonic oscillation signals, which were then connected to TNUT’s existing ultrasonic power circuit (Pearl Ultrasonic Welder USG 634) to upgrade the ultrasonic welding generator to operate at various frequency ranges (from 20kHz to 40kHz) and power levels. Consequently, some experimental ultrasonic transducers were designed and manufactured for plastic welding or cleaning applications.
4. Products
4.1. Application products
- 01 high-intensity ultrasonic machining system including a ultrasonic generator, a ultrasonic transducer with the power of 200W, a horn and suitable jigs for ultrasonic welding, drilling, or polishing applications.
- 01 measurement model for ultrasonic vibration characteristics and parameters. The experimental model measures and determines the amplitude and frequency of the ultrasonic wave used in machining as follows:
Measurement range 1: Amplitude up to 64 microns, resolution of about 160nm, frequency of 100kHz.
Measurement range 2: Amplitude up to 6mm, resolution of about 14 microns, frequency of 100kHz.
4.2. Scientific products
- 01 international journal article indexed in ISI/SCIE with a Q2 ranking.
- 01 international journal article indexed in Scopus with a Q3 ranking.
- 01 domestic journal article published in a journal with a scored ranking in the field of science and technology.
4.3. Training products
- A doctoral-partial project in the field of the topic.
- A successful master's thesis defense in the research direction of the topic.
