2009年德国亚琛工业大学的Harder S等人在国际口腔医学期刊上撰文,设计了一款切骨用的振动系统,振动方向经过弯头进行转换传递到切刀上;2010年格拉斯哥大学的Mathieson A也提出了一款类似的弯拐头的切骨振动系统。波兰的弗罗茨瓦夫理工大学的学者,在与振动系统输出杆的轴向方向垂直耦合一振动杆件,基于泊松效应,在这一振动杆件上也会耦合有超声振动能量。若在其端头连接圆盘,圆盘产生弯曲振动,可向空气介质中辐射声波。基于以上的应用需要及设计思想的启发,我们先后提出了可变传播方向的杆件、一端输入多端输出的振动方向变换体以及相应的设计方法。由均匀的Ⅰ杆和Ⅱ杆所组成。两杆轴向之间有夹角。两杆的连接处可加工成斜面,一杆上带有螺栓,与另一杆上的螺孔紧固连接。两端杆的半径、长度可相同,也可不同。Ⅰ段杆的左端面连接纵振动换能器。纵波沿Ⅰ杆轴向方向传播,遇到两杆的夹角连接处或Ⅱ杆的右输出端将部分或全部反射,并在两杆中激励起横波。因两杆的横向较小(小于四分之一波长),忽略杆的剪切形变和转动惯性效应。杆中质点振动遵循边界自由且无载荷作用的Bernoulli—Euler方程。利用杆两端的边界自由条件(纵向力、横向力以及弯矩为零),和两杆连接处的连续条件(纵向力、横向力、弯矩、转角连续),结合杆中质点的纵向和横向位移解,可得到一组由12个待定系数为未知数组成的12个齐次方程组。由此得到该可变声振动传播方向的杆件设计的频率方程,也可计算出纵振动振幅放大系数。计算了9个不同几何尺寸的杆件振动频率和振型,与有限元计算结果吻合。利用激光测振仪,测试其输出端的振型,结果表明,纵振动成功地由输入端传递到了输出端。通过计算,也得到了谐振频率、放大系数与组成的两杆几何尺寸之间的关系。文中还提出了另一类传输矩阵的设计方法。为了得到多端任意方向的等幅输出振动,输入杆与多个输出杆之间连接了一半球形振动转换体。输入杆与半球形振动体的圆心位置连接,输出杆则连接在通过球心的各半径位置处。作为设计实例,计算并加工了一一端输入,连接半球形振动方向转换体而后有三杆输出的的振动部件的设计实例。频率、振型的解析计算结果与有限元结果相吻合。经试验测试,三输出杆的输出端面有近等幅的纵振动输出。将该振动部件与纵振换能器连接,加在换能器上的电压与输出端的振幅成正比例、呈线性关系。