用于气体传感的电容式微机械超声阵列设计

电容式微机械超声阵列(CMUT)是微机电系统(MEMS)气体传感器的常用结构之一。为了在尽可能降低功耗的前提下,提高气体传感器的灵敏度,对电容式微机械超声阵列尺寸进行优化。首先基于一阶集总电机械振动模型进行理论分析,发现其灵敏度与塌陷电压成正相关,并主要受振膜厚度、电极间距和电极半径影响,以此为依据设计符合要求的参数。然后使用COMSOL多物理场仿真软件,综合结构特点、空气阻尼、外接电路、弹性软化等因素的影响,提出一种更接近实际的有限元模型。将理论分析结果代入,对尺寸参数进行进一步优化,得到塌陷电压11.3 V,灵敏度-3.253×1017 Hz/kg,共振频率4.858 MHz,品质因数121.45的电容式微机械超声阵列。     

复合梯形压电悬臂梁能量收集器的特性研究

为了拓宽压电能量收集器的工作频带宽度并改善低幅值激励频率条件下的能量收集效率,本文将梯形悬臂梁应用到多悬臂梁压电能量收集器结构设计当中。依据梯形悬臂梁的尺寸及末端附加质量,通过双压电晶片与弹性基梁的等效化处理,计算和推导了系统的共振频率和传递函数,从而建立单梯形悬臂梁横向振动的数学模型,在此基础上分析推导了复合梯形压电能量收集系统模型。研究结果表明:复合梯形悬臂梁结构有效地拓宽了工作频带,更容易实现与环境振动频率的匹配共振从而提高发电效率。本文研究为优化多悬臂梁能量收集器的设计和应用具有重要的借鉴意义。     

超声珩齿指数型变幅器的动力学特性

超声振动可以有效地减小珩磨力,超声空化现象与切削液的共同作用对珩磨轮实现实时动态清洗,从而减小珩磨轮堵塞、提高加工效率,超声和珩齿进行复合加工是一种应用前景良好的齿轮精加工方法.超声珩齿的加工对象--齿轮,是一类特殊负载(直径大,厚度小),且对振动系统的加工频率影响大,在超声振动系统设计时,必须将变幅杆和齿轮组成变幅器进行全面考虑.鉴于此,根据应力耦合,将齿轮作为圆盘,采用指数型变幅杆,推导频率方程,对变幅杆的设计长度和变幅器振动频率进行数值分析,发现变幅杆的共振频率恰好是变幅器的失谐频率,变幅器的共振频率与变幅杆的固有频率也不相同,这能够为超声珩齿变幅器的设计提供理论依据.     

一种镗削用高频响精密伺服刀杆的动态设计

高速加工活塞椭圆销孔等非圆类异形销孔。要求镗刀杆的径向进刀微位移运动频率为100Hz。普通的执行机构难以实现如此高频的机械运动。提出了一种基于超磁致伸缩材料的高频响伺服镗刀杆。用ANSYS软件对这种特殊设计的镗刀杆进行模态分析。并进行了动态优化设计。优化设计后的伺服刀杆系统一阶、二阶、三阶固有频率均远离镗刀杆的使用频率。用动态优化设计后的刀杆进行了椭圆销孔的镗削试验。取得了较为满意的效果。     

共振法测定地基承载力及变形模量的一些改进

本文作者提出了以自由振动代替强迫振动的动载试验方法,用共振法测定复合地基承载力和变形模量,文中介绍了该法的试验步骤和工程实例。为重复利用预制荷载板,本文建议在土表与荷载板之间铺设石膏层。     

大尺寸余弦形超声变幅杆的设计

通过瑞利的近似理论假设,对大尺寸的余弦形变幅杆的纵向振动的共振频率进行了修正,得到了修正频率表达式。利用有限元软件ANSYS对一组大尺寸的余弦变幅杆进行模态分析。并发现当R1/L〉0.5时,振动时伴随有弯曲振动或扭转振动,振动较为复杂,此时瑞利理论不再适用。但需要指出的是,与一维理论相比,修正后的值适用范围更大,因此对大尺寸的余弦形超声变幅杆的工程计算具有一定的指导意义。     

纸蜂窝夹层板主共振频率的影响因素

目的 研究芯层结构因素和静应力因素对纸蜂窝夹层板-质量系统主共振频率的影响。方法 采用正弦振动试验测试纸蜂窝夹层板-质量系统的振动传递特性,分析不同静应力作用下不同蜂窝芯的纸蜂窝夹层板-质量系统的主共振频率变化规律。结果 纸蜂窝夹层板-质量系统的主共振频率在150~350 Hz之间;蜂窝芯结构及芯层材料影响纸蜂窝夹层板的刚性,从而影响系统的主共振频率;载荷质量变化引起静应力的变化,也会影响系统的主共振频率。主共振频率均随蜂窝胞元边长、纸板厚度、芯纸定量及静应力的增大而降低。结论 可为纸蜂窝夹层板的振动传递特性研究提供基础,有助于不同材质蜂窝夹层板的优化设计。     

基于干扰观测器的调速系统的防振控制

二惯性系统为无阻尼自由振荡系统,因而易产生低频振动,且不易控制。提出了利用干扰观测器改变二惯性系统共振频率的原理,并根据极点配置的要求设计了防振控制系统。仿真实验表明,该系统具有良好的防振控制性能,而且对负载惯性矩的模型化误差具有较强的鲁棒性。     

测量微细胶粘物沉积的新技术——QCM-D技术

介绍了日本造纸工业公司开发的应用QCM-D技术测量微细胶粘物沉积的新方法.该方法是应用QCM-D仪器测定滤液中沉积物的共振频率变化(△f)和能量消耗变化(△D)用来计算沉积物的重量,测定时间短,在工厂有实用价值.     

硬盘磁头读写臂动态性能的有限元分析

针对希捷公司ST微型硬盘驱动器磁头读写臂建立了有限元模型,通过模态分析系统探讨了预载荷对磁头读写臂动态性能的影响。结果显示,预载荷引起的磁头读写臂形状改变对其共振频率有显著影响,而预载荷引起的读写臂内应力只对一阶扭转模态共振频率有较大影响,对其它典型模态共振频率的影响有限。