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摘要：在铝合金超声铸造过程中,超声振动系统辐射杆与金属熔体接触并向熔体传递超声,其振动特性将直接影响熔体中声场分布及空化区域,进而对凝固组织细化产生影响。本文主要针对超声辐射杆纵向与横向振动对熔体空化与凝固组织细化影响,开展下列研究：1.采用激光测距仪对铸造用超声振动系统辐射杆进行了振动测试,基于比值校正法对振动序列进行幅值谱校正后得到超声辐射杆端面与侧面的振幅分布。测试结果表明：超声振动系统辐射杆以纵向振动为主,辐射杆侧面存在较强横向振动,最大振动幅值约为端面纵振幅值1/2。2.基于ANSYS对超声振动系统进行了动力学仿真,通过模态分析与谐响应分析对振动测试结果进行了讨论。建立了流体区域有限元模型,对不同超声施振深度下水及铝熔体中声压场进行了有限元仿真,得到了超声辐射杆端面与侧面近场区域声压幅值分布。仿真结果表明：超声辐射杆纵向与横向振动分别在端面与侧面产生声辐射区,在铝熔体中侧面最大声压幅值约为端面声压幅值1/3。3.分析了流体介质空化阈值的影响因素,结合声压场仿真结果对不同超声施振深度下水及铝熔体中空化区域进行了估计。分别进行了水中铝箔空蚀试验以及铝熔体中辐射杆空蚀试验,对空化区域估计进行了验证,获得超声辐射杆纵横振动下流体介质空化区域大小与分布特征。结果表明：超声辐射杆纵向与横向振动均能使铝熔体产生空化,随着施振深度增加,铝熔体中辐射杆端面与侧面空化区域随之增大。4.对超声施振深度为10mm,40mm与70mm三种不同工况进行了铝合金超声铸造试验,取铸锭截面二分之一进行全区域取样分析,得到了铸锭截面等轴晶与树枝晶分布区域。试验结果表明：不同超声施振深度下,辐射杆端面以下区域均能得到细小等轴晶；施振深度为40mm与70mm时,辐射杆端面上方区域凝固组织也能得到有效细化；施振深度为70mm时,铸锭晶粒细化区域最大。分析表明超声辐射杆侧面横向振动能够扩大端面以上有效细晶区域。上述研究,初步分析了超声辐射杆纵横振动对铝熔体空化与细晶区域影响,这对铸造用超声振动系统辐射杆设计以及铝熔体中超声能量的高效利用具有一定指导意义。图51幅,表4张,参考文献77篇。