بهینه سازی رفتار ترمومکانیکی هورن فراصوت از طریق اصلاح هندسه

انتقال ارتعاشات ترانسدیوسر فراصوت به بار، توسط قطعه‌ای به نام هورن صورت می‌گیرد. بسته به کاربرد هورن، می‌توان ارتعاشات را متمرکز و یا پخش نمود. این قطعه در کاربردهای گوناگون همانند جوشکاری فراصوت مورد استفاده قرار می‌گیرد. محدودیت این قطعه، افزایش دمای آن در حین کارکرد به دلیل میرایی ساختاری است. به سبب این که این قطعه در فرکانس تشدید در مود محوری در حال ارتعاش است، افزایش دما داده و در اثر آن خواص مکانیکی آن تغییر کرده و موجب تغییر فرکانس تشدید و افت شدید راندمان ارتعاشات می‌شود. در این مقاله با هدف کاهش دمای هورن، هندسه بهینۀ جدید ارائه شده است. هندسۀ جدید از لحاظ انتقال حرارت بهینه است و به صورت هم زمان سعی شده تا کمترین مود جانبی ممکن به دست آید. به منظور بهبود این مشکل و مقابله با آن، مدل عددی رشد دمایی قطعه مورد نظر در حالت پایدار به به دست آمده است به علاوه با استفاده از الگوریتم ژنتیک بهینه سازی حرارتی هورن با ایده پره، در دو مرحله متوالی انجام شده است. در قسمت نتایج جزئیات هندسۀ جدید ارائه و به صورت مبسوط در مورد جوانب مختلف آن بحث شده است.

Optimization of ultrasonic transducer horn geometry with vibrationalthermal performance improvement approach

The ultrasonic transducer transmits vibrations to the load carried by the piece called Horn. Depending on the application of the horn, vibrations can be concentrated or propagated. It is used in various applications such as ultrasonic welding. A limitation of this piece, the temperature rise during operation due to structural damping. Because this piece is vibrating at resonant frequency in the axial mode, the temperature increases and its mechanical properties change, the frequency of resonance and vibration efficiency decreases sharply. In this paper, a new optimized geometry is presented to reduce the horn temperature. The new geometry is optimal in terms of heat transfer and at the same time try to minimize lateral mode may be achieved. In order to improve this problem, a numerical model of the temperature rise for desired piece in steadystate is achieved. In addition, using the genetic algorithm, Horn thermal optimization is performed in two consecutive steps with the idea of fins. In the results section, the details of the new geometry are presented and discussed in detail in its various aspects.