第1章  緒論 001
1.1  超聲波概述 001
1.1.1  超聲波的定義 001
1.1.2  超聲波的類型 002
1.1.3  超聲波技術的應用 003
1.2  超聲波場 004
1.2.1  行波和駐波 004
1.2.2  聲波速度和聲阻抗 005
1.2.3  聲波的反射、折射與透射 006
1.2.4  聲能量密度和聲強 008
1.2.5  聚焦聲場特性 009
1.3  超聲波的傳播 013
1.3.1  彈性波 013
1.3.2  流體中的傳播 014
1.3.3  固體中的傳播 014
1.3.4  彎曲杆件中的傳播 018
1.3.5  生物組織中的傳播 019
1.4  超聲換能器 023
1.4.1  壓電材料 023
1.4.2  壓電方程 024
1.4.3  壓電材料振動的模式 025
本章參考文獻 027

第2章  超聲能場內的顆粒凝聚原理 029
2.1  凝聚技術 029
2.1.1  電凝聚 029
2.1.2  熱凝聚 030
2.1.3  化學凝聚 030
2.1.4  聲波凝聚 031
2.2  超聲波能場凝聚 032
2.3  顆粒在聲場中的受力 034
2.3.1  聲波對微粒的夾帶作用 034
2.3.2  駐波場中的受力 039
2.3.3  行波聲場中的受力分析 043
2.3.4  顆粒動力學分析 046
2.4  平面駐波場內顆粒的運動 048
2.4.1  求解步驟 048
2.4.2  仿真實驗設計 054
2.4.3  結果分析 056
2.5  聚焦超聲駐波場內顆粒的運動 058
2.5.1  聲壓的仿真分析 058
2.5.2  粒子凝聚的仿真分析 062
2.6  凝聚過程及原理 065
2.6.1  黏附機理 066
2.6.2  凝聚過程分析 068
2.6.3  流體作用的數值解析 070
本章參考文獻 073

第3章  超聲能場內的材料去除原理 075
3.1  超聲能場加工技術 075
3.1.1  超聲加工的基本原理及設備 075
3.1.2  超聲加工的用途 076
3.2  超聲能場加工技術的應用現狀 077
3.2.1  硬脆材料的超聲能場加工 077
3.2.2  深小孔的超聲加工 078
3.2.3  超聲復合加工 078
3.2.4  超聲光整加工 079
3.3  超聲能場內磨粒對硬脆材料去除原理 081
3.3.1  超聲加工硬脆材料去除機理 081
3.3.2  超聲能場中磨粒受力 082
3.3.3  超聲加工中工件的受力 084
3.3.4  超聲加工材料去除率 085
3.4  超聲能場加工硬脆材料的表面完整性 087
3.4.1  工件表面形貌 087
3.4.2  材料去除及“延-脆”轉變機制 088
3.4.3  微裂紋擴展及表面（亞表面）損傷 088
本章參考文獻 091

第4章  超聲能場內的固體表面強化原理 095
4.1  超聲擠壓表面強化技術 095
4.1.1  超聲擠壓強化裝置 096
4.1.2  超聲擠壓強化塑性變形機理 098
4.2  超聲振動擠壓強化理論 099
4.2.1  超聲波的機械作用 099
4.2.2  超聲波的物理作用 101
4.2.3  超聲強化後工件表層金屬的變形 103
4.2.4  超聲強化過程中工藝繫統的剛化 103
4.2.5  超聲振動擠壓強化後表面粗糙度的微觀分析 104
4.3  超聲振動擠壓強化運動及接觸應力 105
4.3.1  超聲振動擠壓強化運動學 105
4.3.2  超聲振動擠壓強化接觸分析 107
4.3.3  超聲振動擠壓強化應力 107
本章參考文獻 109

第5章  超聲能場發生裝置 111
5.1  超聲換能器 111
5.2  變幅杆 113
5.2.1  變幅杆的結構及設計 113
5.2.2  變幅杆的材料 115
5.2.3  變幅杆的理論模型 115
5.2.4  變幅杆分析 120
5.3  配件設計 126
5.3.1  後端蓋 126
5.3.2  預應力螺栓 127
5.4  工具頭設計 128
5.4.1  平面工具頭 128
5.4.2  凹面工具頭 131
5.5  換能分析 135
5.5.1  模態及諧響應分析 135
5.5.2  超聲聲場特性仿真 137
本章參考文獻 139

第6章  超聲能場內顆粒凝聚及操控應用 140
6.1  液體中的超聲波凝聚及微粒操控 140
6.1.1  微粒操控裝置 140
6.1.2  微粒操控實驗繫統 141
6.1.3  微粒操控實驗 142
6.2  空氣中平面駐波場的顆粒凝聚 147
6.2.1  實驗檢測總體方案 147
6.2.2  檢測裝置 148
6.2.3  凝聚效果及機理分析 149
6.3  空氣中凹面駐波場的顆粒凝聚 158
6.3.1  實驗臺設計 158
6.3.2  實驗裝置 159
6.3.3  實驗的方法與過程 160
6.3.4  凝聚效用及分析 163
本章參考文獻 165

第7章  超聲能場加工應用 166
7.1  聚晶金剛石超聲加工 166
7.1.1  實驗繫統及材料 166
7.1.2  正交實驗設計 168
7.1.3  加工參數對材料去除率的影響 169
7.1.4  材料去除率模型 171
7.1.5  工件表面粗糙度 173
7.2  超聲能場輔助切削鈦合金 177
7.2.1  實驗繫統 177
7.2.2  鈦合金切削效果及分析 178
7.3  超聲能場輔助切割碳化硅（SiC）材料 181
7.3.1  實驗繫統 181
7.3.2  效果及分析 184
7.4  超聲能場在切割復合材料中 188
7.4.1  實驗繫統 188
7.4.2  復合材料切割效果及分析 189
7.5  相關機理分析 191
7.5.1  滲流潤滑機理 191
7.5.2  復合材料摩擦機理 195
7.5.3  切屑碎化機理 198
本章參考文獻 201

第8章  超聲能場表面強化技術應用 203
8.1  齒輪齒面超聲擠壓強化 203
8.1.1  齒輪齒面超聲擠壓強化裝置設計 203
8.1.2  齒輪齒面超聲擠壓強化裝置實物 209
8.1.3  齒輪齒面超聲擠壓強化實驗 209
8.1.4  表面粗糙度 210
8.1.5  齒面硬度 216
8.1.6  齒面微觀形貌 219
8.2  車軸超聲振動擠壓強化 220
8.2.1  實驗材料及強化條件 220
8.2.2  表觀分析 220
8.2.3  表面粗糙度 221
8.2.4  表面硬度 224
8.2.5  耐腐蝕性 226
8.2.6  摩擦磨損實驗 226
8.2.7  橫斷面微觀結構 228
8.2.8  拉伸實驗 229
8.2.9  殘餘應力 231
本章參考文獻 237

附錄一  析因設計實驗表 238

附錄二  實驗結果表 240

超聲雖然無法被人類聽到，但卻真實存在於自然界中。許多生物都具有發出超聲波的本領，如老鼠、海豚、蝙蝠等。從18世紀開始，人們對超聲波技術展開了不懈地研究和探索。超聲波領域涉及力學、電磁學、生物學、材料科學等多個門類，是學科交叉最為典型的熱點之一。隨著研究的不斷深入，超聲波所蘊含的物理性質及作用機理逐步展示在世人面前，超聲波技術已廣泛應用於工業檢測、機械處理、清洗除油、醫學診療等多個領域。在醫學界，超聲刀成為微創手術的有效工具；在機械加工領域，超聲幾乎可以和任何加工工藝配合使用，成為不可或缺的特種加工工藝方法；在光學及半導體行業，超聲是高精密產品清洗的有力手段。超聲波技術因其特殊的效應和優勢，正在多個行業及領域大放異彩。
本書主要介紹了超聲波能場的相關概念，分析了超聲波傳播特性以及換能器設計方法，並圍繞超聲波能場內的“顆粒凝聚”“材料去除”以及“表面強化”三個主題展開探討。本書既注重超聲波能場的基礎知識，又關注具體應用和未來趨勢，適合機械加工技術人員、科研人員閱讀，希望為同行業人員提供思路。
本書由北京郵電大學嚴魯濤和北京信息科技大學張勤儉教授等編寫。本書的出版得到了各章作者和編寫小組的大力支持，在此一並感謝！感謝北京航空航天大學莊馳、北京交通大學趙慧玲、北京交通大學王會英、北京交通大學俞徑舟、北京信息科技大學李海洋，感謝參與編寫的陳旺、王偉進、張鑫榮等。
超聲波技術日新月異，其概念和定義也在日臻完善，研究方向愈加廣泛，本書撰寫時間和收集材料有限，難以覆蓋所有進展，因此書中難免有不足之處，敬請廣大讀者批評指正。

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