金属增材制造技术以其区别于传统减材制造的优点,采用能量源逐层融化与金属材料沉积的方式,在航空航天、汽车制造、生物医疗等领域具有广阔的应用前景,对于促进我国传统制造业的革新具有划时代的意义。随着相关技术的不断更新迭代,金属增材制造技术已经取得了阶段性的成果。然而,由于相关领域的高速发展对金属复杂零构件的加工制造、复合材料的制备提出了近乎苛刻的要求,国内外制造业者开始寻求与一种更加高效、绿色、节能的加工技术——超声固结金属增材制造技术。本文聚焦于超声固结金属增材制造技术中的核心能量转换部件——复合超声振子。针对于超声振子在受到机械加持、预压力、摩擦以及材料介电损耗产生的温度变化等复杂边界条件作用后,导致振幅变化和传热变化问题展开研究。从动力学和传热学理论出发研究复合超声振子的关键技术,采用数值仿真和实验验证相结合的方法建立与完善金属固结区域的温度场仿真模型,旨在揭示复合超声振子在复杂热力耦合条件下的振动特性及传热规律,为金属层状复合材料、智能材料、纤维增强复合材料的制备,研发出高效稳定的复合超声振子提供理论基础。具体工作如下:以超声固结超声振子系统的研究现状为基础,对系统核心部件复合超声振子的研究进行综述分析,总结现有研究的发展趋势及存在的问题包括:一是缺少对于复合超声振子的力、热耦合分析;二是缺少压电振动系统的发热模型,导致对于超声固结过程中的发热现象及动力学性能的影响规律不明确。以推挽式复合超声振子为对象,从静力学和动力学两个方面探究振子在超声固结区域处的力学行为,应用ANSYS商业有限元分析软件建立复合超声振子的结构模型,分析振子在不同激励电压及温度边界条件下工作模态的振型及振动频率,得出振子振幅会随激励电压的增大而增大,在正压力为1kN时,电压上升50V,振幅对应增大3μm;温度通过改变压电陶瓷材料属性影响谐振频率,在温度每上升20℃、密度下降100kg/m3时,谐振频率对应上升13Hz。参照动力学仿真模型搭建实验,介绍制备复合超声振子模型的过程,并通过阻抗分析仪实验和扫描激光多普勒测振实验获得样机模型的振型及振动频率,并与仿真模型进行对比,两者振动频率的相对误差在8%左右,验证了仿真模型的有效性。研究超声固结超声振子系统的能量转化机理,分析热能的主要来源及其定量计算方法,在此基础上建立复合超声振子的温度场模型。分析不同热源分别对超声振子系统温度的影响,并通过稳态和瞬态分析,研究超声振动系统在达到热平衡之前温度随时间的变化历程,得出下基板的预加热作用对固结区域的温度变化的影响。