不完全连续三层微梁谐振器中热弹性阻尼研究

基于Euler-Bernoulli梁理论和二维傅里叶热传导定律，针对两端固定约束边界条件，通过截面分割法得到不完全连续三层微梁的固有频率，利用格林函数法求解波动温度场分布函数。然后利用能量法，建立了热弹性阻尼（Thermoelastic damping,TED）解析模型。通过ANSYS有限元数值解与MATLAB解析解对比，验证了所建模型的正确性。结果表明：(1)TED中厚度方向的收敛速度远大于长度方向收敛速度，TED对厚度方向上的热传递更为敏感；(2)在此结构基层开槽处两端无限接近时，可以简化为完全连续微梁结构模型；(3)若微梁长恒定不变，随着开槽长度的增加，TED呈减小趋势；(4)通过基层的开槽，此结构微梁的最大弹性势能以及热能损失都会降低；(5)在基层中进行刻蚀开槽时，槽的长度与厚度的比值应取较大值。     

开孔变截面微悬臂梁传感器的等效刚度和固有频率

研究新型开孔变截面微悬臂梁传感器的等效法向刚度及其对固有频率的影响.首先,考虑微梁纵截面孔洞结构引起的弯扭耦合效应,利用二次积分法获得在自由端集中载荷作用下悬臂梁的挠度,基于弹性材料的Hooke定律建立了微梁等效法向刚度分析的解析模型.然后,采用Rayleigh法获得了微梁的固有频率.最后,通过比对实验结果和有限元结果对解析模型进行了验证.研究表明:解析模型对于开孔变截面微梁刚度和频率的预测和标定具有较好的精度;微梁的等效刚度和固有频率与跨宽比负相关,却与内外宽度比正相关.有关结论可为新型变截面微纳机械传感器的设计提供理论依据和参考.     

发动机舱对流换热CFD模拟的基础问题

为合理选择进出口尺寸及布置发动机舱各部件,进一步降低舱内最高温度,对比标准k-ε模型、RNG k-ε模型和可实现的k-ε模型等3种湍流模型及2种壁面函数对温度场模拟的精度.由模拟与实验对比可知：可实现的k-ε湍流模型、增强型壁面函数更适合模拟热流场.利用CFD计算不同进出口尺寸及换热器与发动机间距对舱内温度场的影响,结果表明进出口尺寸对舱内最高温度影响较大.     

微悬臂梁DNA生物传感器纳米力学分析的重力模型及其应用

基于微悬臂梁技术的DNA生物传感器的纳米挠度与核苷长度、嫁接密度、杂交率、重力、盐溶液浓度、时间、温度变化、缓冲液流场特性等诸多因素有关.利用Zhang两变量方法,建立了静态模式中自重作用下微梁正应力、切应力、层间挤压应力及其挠度预测的解析模型.作为应用,采用McKendry实验参数,研究了重力因素对静态纳米挠度的影响,发现参考梁技术中生物层自重对纳米挠度的影响可以忽略,但单梁技术中非生物层自重对纳米挠度的影响不可以忽略;同时,利用DNA生物传感器表面应力的Zhang解析模型,考虑自重和表面应力因素,给出了微梁的最优尺寸,从而可使单梁技术中自重因素对静态挠度的影响降到最低.     

基于无网格方法的齿球型催化剂体相温度分布数值模拟

本文以真实齿球型加氢裂化催化剂三维体相环境为计算实体,以模拟工业运行温度的波动函数作为边界条件,采用无网恪数值方法求解傅立叶传热方程,并使用计算结果分析加氢裂化催化反应过程中外界温度波动对于催化剂内部温度分布的影响。计算结果表明:实际反应过程中催化剂内部并非等温反应,在加氢裂化反应过程中外界的反应温度波动以及催化剂内部的热点分布对于催化剂团簇内部的温度场分布有一定的影响作用。催化剂体相内部的平均温度也随着反应体系放热情况、催化剂粒径、原料油密度、反应空速以及催化剂内部热点分布情况的不同而有所变化。     

空间目标表面温度场分布模型研究

从空间目标光学特性建模的角度出发,获取空间目标的光学辐射特性,必须计算空间目标表面的瞬态温度场分布.根据空间目标的几何结构,通过分析目标与背景以及目标内部的能量交换关系,采用数值计算的方法,建立了空间目标表面温度场分布模型.在温度场分布模型的基础上,结合一定的初始条件,可获取不同时刻的空间目标表面瞬态温度场.根据温度场分布模型,对弹道目标进行了温度仿真计算,并定量地分析了多种参数对温度计算的影响规律,结果证明模型正确性,并为空间目标的光学特性研究提供了参考条件和依据.     

驱动微梁形状对微陀螺仪耦合误差的影响分析

为研究微陀螺驱动微梁在加工误差下的微梁形状变化对正交耦合误差、模态耦合以及检测信号的影响,建立了驱动微梁在对角线梁宽误差下的有限元分析模型,采用有限元仿真分析和解析计算相结合的方法研究了U型梁一端梁长的变化对微陀螺正交耦合误差、模态耦合以及检测信号的影响.研究发现,当U型梁一端的梁长为另一端长度的二分之一左右时该类加工误差会引发非常严重的正交耦合误差和模态耦合现象,并对检测信号产生极大影响;当U型梁退化为直梁或者为等长梁的时候,对检测信号的干扰很小、正交耦合误差为零、模态耦合程度最小,而且两者的变化规律呈现正相关.适当地加大单自由度微陀螺驱动模态和检测模态的频率差不仅可增加微陀螺的带宽还可减小耦合的影响.     

沿轴向飞行粘弹性夹层梁热弹耦合振动响应分析

研究了沿轴向飞行粘弹性夹层梁的热弹耦合振动响应.考虑材料变形与传热的相互影响,建立了轴向运动粘弹性夹层梁的热弹耦合振动控制方程;将方程中激励项(温度函数与外激力)拟合为时间的函数,采用伽辽金法得到方程的位移解,并在每一个微小的时间段内采用迭代收敛的数值方法对热传导方程进行求解得到温度场.使用数值方法讨论了轴向飞行运动速度和热载荷持续时间对其振动响应的影响.研究表明:稳定振动时飞行速度对位移影响较大,对温度影响较小;热冲击对振动位移响应有较大影响,并改变振动特性.     

飞机刹车盘温度场的有限元分析

飞机的刹车装置是利用摩擦产生制动将高速运动的动能转换成热能,产生的高温使摩擦材料的物理、化学性质变化,刹车装置系统的安全性能因此得不到保证,所以对刹车盘瞬态温度场进行计算就非常有必要.针对飞机刹车盘瞬态温度场仿真建立了有限元计算模型,运用迦辽金法推导了各单元方程,在单元内部采用一次函数来近似刹车盘的温度值.有限元网格划分采用四面体结构.重点研究刹车过程的理论分析与计算,并用ANSYS对其进行了仿真计算.仿真计算结果与刹车盘实际温度场基本吻合,所建立的有限元计算模型是合理可行的,可以应用于飞机刹车盘设计过程中的温度场计算.     

直拉硅单晶非均匀相变温度场最优控制

针对直拉硅单晶固液界面相变温度场的非均匀性导致晶体直径不均匀问题,提出一种基于偏微分方程(PDE)模型的温度场最优控制策略.考虑生长速率波动的影响,建立了一种改进的提拉动力学模型,确定了域边界演化动力学关系.研究基于抛物型PDE的时变空间域对流扩散过程的温度模型,描述了域运动在对流扩散系统上的单向耦合.针对无限维分布参数系统建模控制难问题,采用谱方法进行系统近似,选取整个空间域的全局和正交的空间基函数,通过Galerkin方法对无限维系统进行降维,获得了该系统的近似模型.采用线性二次型方法控制晶体生长温度,通过仿真实验对相变温度场模型进行验证.结果表明,优化后的模型能够获得较为平稳的晶体生长速率,减小了生长直径的波动,使得固液界面径向温度分布更加均匀,验证了该方法的有效性.