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弹性圆柱体在医用超声换能器声叠层粘压中的应用

周洪胜  
【摘要】:声叠层是医用超声换能器的关键元器件,他的状态决定了产品的最终性能优劣。目前声叠层的制作主要由粘压和沉积法两种。粘压法工艺简单,成本低,但不适合高频探头~([1])的较薄的声叠层制作。沉积法设备价格高,污染大,而且还需要后续工序。本文针对粘压法存在的理论和生产缺陷,提出采用圆柱弹性体作为施压的压块来进行声叠层粘压,通过改进弹性圆柱体结构的方法使粘接应力保持均匀。论文主要研究内容如下:1.弹性圆柱体非线性本构模型实验选取。通过赋予实验样品不同的本构模型,对硅橡胶非线性变形情况下的应力应变特性进行了实验对比研究,并根据仿真结果对Mooney-Rivlin模型在硅橡胶非线性大变形中的应用进行了分析。2.硅橡胶Mooney-Rivlin本构模型常量参数校正。为了校正Mooney-Rivlin模型的两个常量参数,推导出Mooney-Rivlin模型参数与硬度之间的关系;搭建压力-位移测试实验台,测量多组压力情况下硅橡胶圆柱体的变形量。并根据实验压力条件下圆柱体的变形规律对数据进行了处理,实现Mooney-Rivlin本构模型参数的校正。利用修正后的参数进行有限元仿真,并将仿真结果与实验数据进行比较。3.声叠层粘接模具压块的结构设计。设计了弹性圆柱体初步结构模型,并利用有限元仿真软件对模型进行了仿真分析。通过比较模型应力分布情况进行了方案优选,并对初选方案进行了拓扑结构优化,使挤压过程中声叠层粘接模具压块保持压力恒定。论文研究结果表明,Mooney-Rivlin本构模型适合研究超弹体大变形~([42])问题,其精度高,适用性好;对硅橡胶圆柱体的模型参数修正结果精度较高,可行性好;通过结构优化设计的模具压块结构能够为实际应用提供设计依据。


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