超聲波焊頭有限元分析

有限元素分析程序：

 ˙將求解域離散成以節點相接的元素模型

 ˙建立個別元素之節點力與位移關系，求出各元素之勁度矩陣

 ˙在滿足節點位移之諧合條件及節點受力之平衡條件下，將個別元素之勁度矩陣組合成整個求解域之總勁度矩陣

 ˙將求解域之總勁度矩陣配合已知節點上之邊界條件，即可計算其它節點上之未之應力、應變與變位

 ˙利用元素內之插值函數，可得元素內任何位置之應力、應變與變位超音波喇叭（HORN）有限元素分析展開

 ˙構建一合適的共振體形狀繪制圖型─立體圖

 ˙啟動分析軟件導入圖型檔案

 ˙設定分析參數─材質、密度、楊氏系數、

 ˙設定分析組件數據─建立、編輯

 ˙欲求解的數目〈Mode數〉頻率范圍〈上、下限〉

 ˙檢查幾何圖型─重迭、破洞

 ˙element數目愈小分析愈精準但計算費時

 ˙執行分析，觀看分析結果，尋找類近共振模態

 ˙有類近共振模態─儲存影像─位移、應力、與向量

 ˙無類近共振模態─重新構思新的共振體檢視喇叭（HORN）振動摩擬分析影像

 ˙前視位移  從喇叭正面影像觀看喇叭位移分布狀況，位移振幅均勻度及位移振幅量。

 ˙立體位移  從喇叭立體影像觀看喇叭位移分布狀況，補充正面影像觀看不到的部位。

 ˙前視應力  從喇叭正面影像觀看喇叭應力分布狀況，應力集中度及應力相對值。

 ˙立體應力  從喇叭立體影像觀看喇叭應力分布狀況，補充正面影像觀看不到的部位。

 ˙向量  從向量影像觀看喇叭振動方向，可細觀察振幅向量均勻度及應力集中部位的振動狀況。

 ˙細部應力、向量  觀看局部部位的細部應力、振幅向量狀況。

 ˙不同軸向之應力、向量  觀看喇叭振動不同軸向時的應力、向量狀況。

何謂有限元素分析？

      將材料作有限度的分割，分割出有限的小單元，由于單元很小可以假設每一小單元內部其性質是相同的，而單元與單元的性質不同，這樣就化繁為簡，可以進行分析，元素切割越小，所得結果越精細，此稱為有限元素分析。有限元素分析軟件可以用來做一般結構應力分析、動態系統仿真、熱傳導分析及磁場分析外，亦可拿來做優化設計。有限元素分析需要龐大的 運算, 如沒有計算機協助是無法進行運算的；在有限元素分析中，主要的目的是決定零件或系統 經由一些環境條件的驅動，反應為何。這個分析結果可被用來驗證其性能，也可以用來改良其設計和優化其設計。當然，所有的這些結果必須有正確的設計模型，正確的定義環境條件和FEA（有限元素分析）軟件本身被正確的執行三大條件。

超聲波焊頭有限元分析

   超聲波使用有限元素分析，最早可追溯20年前，與工研院機械所振動實驗室合作，做超聲波振動部組，尤其是超聲波焊頭之振動模態分析，算是觀念的啟萌，后來在1995年，公司開發超聲波I.C焊線機，申請業界科專計劃補助，購買了第一套軟件，才得以進行持續的研究和改善，至今10多年了，恒波超聲波在有限元素分析的應用上，更持續與國內研學單位合作，尋求優化設計，所謂優化設計是將客戶要熔接之振幅需求，利用有限元素分析找出最佳的超聲波模具的設計方式，最佳的振幅分布及最少的應力影響，在一些特殊之應用，除了HORN (超聲波焊頭) 要考慮外，其他連要熔接之塑料工件，甚至底座也要分析，透過這些應用，不僅超聲波焊頭 (HORN)之壽命延長，熔接質量也大幅提升。