针对传统枪式气钻钻削碳纤维复合材料时容易出现分层、毛刺、撕裂的问题,设计了一种应用于枪式气钻的超声辅助钻孔装置。通过传统解析法设计了一种阶梯型纵振超声换能器;利用PzFlex软件对超声换能器和装配了枪式气钻的换能器进行了有限元分析,结果表明两种状态下的换能器都能实现超声振动,换能器的谐振频率为33.904kHz,装配了枪式气钻的换能器的谐振频率为30.123kHz,仿真结构符合设计要求;最后对换能器进行谐振频率分析和振幅测试,结果表明换能器实际谐振频率与仿真值误差率为2.680%,纵向振幅为3μm;装配了枪式气钻的换能器实际谐振频率与仿真值误差率为7.619%,纵向振幅1.5μm;该振幅能够适用于大部分的超声加工。

为了将抽象的声场传播变成可见的图像，更有利于探伤人员准确的定位缺陷的位置和大小。主要针对超声在材料中的传播进行研究，根据经典波动方程，研究超声在材料中传播的原理，并利用原理对超声波的横波纵波进行解释。在探究超声探伤成像方法上，使用有限元软件ＰＺＦｌｅｘ基于时域／瞬态分析方法对其进行谐响应分析，建立出对应的超声探伤的数学模型。再根据所建立的模型，进行超声在材料中的仿真研究。最后，通过具体的超声探伤实验来证明仿真模型对缺陷的位置与大小定位的准确性。