材料空间环境效应研究方法与展望

空间环境是多因素交叉耦合作用的复杂、动态系统,是影响空间装备正常服役的重要因素,深入开展空间特殊环境效应研究已成为世界各国降低航天器在轨故障率、保证空间装备长期可靠运行的重要手段。总结近30年来世界各国进行空间环境效应研究的主要方法,即空间飞行试验、地基模拟试验和数值仿真计算,分析各种研究方法的优点与不足;综述各主要航天大国材料空间环境效应的研究现状,指出今后可以从基础理论和技术设备两方面对空间环境效应进行深入研究,通过开发新型的模拟试验设备和先进的数值仿真技术,未来将有望大大减少空间环境效应研究的周期和成本,从而加速推进相关空间材料和技术的研究与应用。     

二维晶体Ti2C的制备及对锂基润滑脂摩擦学性能影响

采用氟化铵和盐酸溶液刻蚀Ti2AlC制备二维晶体Ti2C,利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(FESEM)对其物相和结构形貌进行表征。结果表明,Ti2AlC被氟化铵和盐酸溶液完全刻蚀得到纯度较高的Ti2C二维晶体。利用四球摩擦试验机考察Ti2C作为锂基润滑脂添加剂的摩擦学性能,并利用扫描电子显微镜（FESEM）和能谱分析仪（EDS）对钢球磨斑进行表面分析。结果表明,二维晶体Ti2C作为润滑添加剂可明显提高锂基脂的减摩抗磨性能,并在Ti2C质量分数为01%~025%时具有较好的减摩性,在质量分数为025%时具有较好的抗磨性;在摩擦过程中润滑脂中的Ti2C沉积在摩擦副表面,形成具有优异摩擦学性能的润滑保护膜。     

波形钢腹板PC简支箱梁桥的扭转振动频率分析

为精确计算波形钢腹板预应力混凝土(prestressed concrete,简称PC)简支箱梁桥的扭转振动频率,在考虑箱梁自由扭转扭矩与约束扭转扭矩的基础上,运用D′Alembert原理推导了波形钢腹板PC箱梁桥的扭转振动频率方程,给出了与该桥型扭转振动频率求解相关的极惯性矩、扭转常数及扇形惯性矩的计算方法,并根据简支梁的边界条件求得了该桥型扭转振动频率的计算公式。制作了波形钢腹板PC简支试验梁,对其进行了动力特性测试获得自振频率和振型,在建立试验梁的ANSYS有限元模型时提出波形钢腹板与混凝土翼板实现刚性连接的方法,结合试验梁的实测值和有限元计算值验证了波形钢腹板PC简支箱梁桥扭转振动频率计算公式的正确性。分析了自由扭转扭矩和约束扭转扭矩单独作用时对波形钢腹板PC简支箱梁桥扭转振动频率的影响,研究表明,约束扭转扭矩对其扭转振动频率的影响较大,而自由扭转扭矩对其扭转振动频率的影响很小。     

含水率对油水乳化液传输频率特性影响分析

为了掌握油水乳化液中含水率对其动态特性的影响,建立含水率与乳化液传输的频率特性之间的非线性关系。首先,推导了油水乳化液在管体中压力波传播速度公式,分析了含水率对乳化液传输速度的影响规律;然后,利用分布参数理论以及传递矩阵法建立了油水乳化液的传输频率模型,表明在PVC透明钢丝软管中考虑流固耦合作用时含水率增加,其传播速度呈降低趋势;反之,钢管内乳化液的传输速度随着含水率的增加而呈递增趋势;含水率对系统的谐振频率影响也较为明显,乳化液中含水率越大,系统的同阶谐振频率越低,且随着含水率的增加,谐振频率的阶次越大,同阶次的谐振频率之间的差值也相应变大。实验验证所建模型是有效的,为有效检测油中含水率以及保障系统安全运行提供一定的理论基础。     

传感器支架振动对扭振测量的影响及消除方法

通过实验研究确定了传感器支架振动对扭振测量有较大影响,且由整机振动引起。从磁电传感器电压特性出发,以传感器支架振动影响下的传感器输出电压和瞬时转速表达式为基础,阐明了作用机理;同时研究了支架振动引起伪扭振信号的规律及频谱特征。研究表明,支架振动引起的伪扭振信号随着支架振动幅值的增加而增加;伪扭振信号的主要成分是支架振动的阶数及其二阶;所取基准电压越接近0,伪扭振信号幅值越小。提出了一种基于最佳基准电压的去除支架振动影响的新方法,并提出了最佳基准电压的计算方法。仿真研究表明,该方法是有效的,为改善扭振测量精度提供了理论依据,具有工程应用价值。     

基于自适应技术的结构参数与输入同步反演

发展一种基于遗传优化算法的自适应追踪技术,结合输入未知条件下的二次误差平方和方法,利用事件中的加速度响应数据实现结构参数与输入的同步反演,判断并追踪结构损伤,包括损伤发生的时间、位置和程度。三自由度迟滞非线性系统数值仿真结果表明,该方法能够精确有效地追踪结构参数的变化,并同步反演结构的未知输入。此外,对三自由度基础隔振结构模型进行了多工况实验研究。结果表明,所发展方法能够实时有效地追踪结构时变物理参数、反演结构未知基底激励,进而精准地获取结构的损伤信息。     

两级复合放大箝位步进压电直线电机

针对尺蠖式电机运行过程中导轨与动子对加工与装配要求过高的问题,提出了一种尺蠖式原理的两级复合放大箝位步进压电直线电机,分析了电机的工作原理,设计了电机箝位机构和总体结构。利用有限元软件对箝位机构进行仿真分析,得到柔性结构的最佳尺寸。制作样机并设计实验,得到了电机的速度特性曲线并进行分析。样机的实验结果证明了该方案的可行性,并且在电压峰峰值为100V、频率为150Hz的方波信号激励下,电机的空载速度可达1.23mm/s,最大推力可达1.6N。该电机有效降低了驱动器的加工与装配要求,增强了电机运行的稳定性。     

现浇楼板对混凝土框架结构耗能分布的影响

为了研究现浇楼板对混凝土框架结构各构件滞回耗能分布的影响,基于多弹簧杆单元分别建立了矩形梁、考虑梁刚度、强度增强效应的矩形梁以及考虑楼板翼缘的T形梁共4个多层框架结构计算模型,进行了8度罕遇地震作用下结构滞回耗能分布比较分析。计算结果表明:梁强度增大使结构总滞回耗能增加,而梁耗能占总耗能的比例有所下降;梁刚度增大使得结构总滞回耗能略有增加,梁耗能占总耗能比例也有所上升。考虑楼板翼缘作用的T形梁对结构滞回耗能沿层分布、各层梁柱构件之间分布的影响主要体现在梁强度的增大,梁刚度的增大则会使滞回耗能分布产生突变,框架内梁滞回耗能小于外梁而边柱滞回耗能小于中柱。塑性铰的演化过程体现了结构耗能的转移过程,楼板翼缘作用可使结构由"梁铰机制"转为按"柱铰机制"破坏,这说明了楼板翼缘作用对于结构耗能分布的影响不可忽略。     

无轴传动凹版印刷机的相邻偏差耦合同步控制

针对无轴传动凹版印刷机的同步协调控制,考虑印刷基体张力恒定和套印准确的要求,基于相邻偏差耦合思想提出了一种能同时满足凹版印刷机无轴传动系统完全同步和比例同步特点的控制结构。针对无轴传动系统动力驱动部件非线性、强耦合的特点,设计了2阶自抗扰控制器以实现收放卷牵引单元与印刷色组单元高精度的跟踪控制和扰动补偿。构建了无轴传动凹版印刷机同步控制策略的仿真模型,仿真结果表明,提出的同步控制结构具有较高的同步控制精度和稳定性,设计的自抗扰控制器具有较好的速度跟踪性能和抗扰能力。     

油气润滑ECT传感器的建模与边缘电容分析

基于小管径油气润滑ECT系统中电容传感器的特点,建立其电容传感器的二维数学模型;分析相对介电常数对边缘电容的影响;定义边缘电容影响系数,并研究边缘电容影响系数与管道半径的关系。研究结果表明:管壁、油膜与气体的厚度比对边缘电容值有显著的影响,通过减小油膜厚度及管壁厚可以有效减小边缘电容;小管径的边缘电容影响系数超过0.5,随着管径增大,边缘电容影响系数呈下降趋势;对于油气润滑系统来说,传感器的边缘电容对ECT空间图形成像误差有较大影响。