基于遗传算法的压电扭转驱动器优化布置

针对空间薄壁杆类结构的扭转振动问题，对一薄壁杆上的扭转驱动器位置优化配置进行了研究．采用拉格朗日方程和假设模态法，推导了薄壁杆与驱动器组成的系统的动力学方程，建立了动力学系统的状态空间表达式．将薄壁杆划分为若干个位置单元，选取Grammian可控性作为目标函数，运用遗传算法获得了压电扭转驱动器的最佳配置位置．在最优位置处黏贴压电扭转驱动器，实施闭环控制，得到了薄壁杆自由端角位移前三阶模态的闭环幅频响应．结果表明，采用遗传算法能获得最优位置，在最优位置处实施的闭环控制能有效抑制薄壁杆的扭转振动．     

空间两连杆柔性构件弯扭耦合振动主动控制

为了研究空间柔性结构的耦合振动，提出一种由柔性杆和柔性梁组成的两连杆柔性构件系统，对此柔性构件系统的弯扭耦合振动进行了研究，运用拉格朗日方程和假设模态法推导了此柔性系统的动力学方程．在柔性杆根部粘贴一只压电扭转驱动器抑制柔性杆的扭转振动，在柔性梁根部粘贴一只压电剪切驱动器抑制柔性梁的弯曲振动．采用一种基于Lyapunov稳定性的速度反馈控制策略进行了实验仿真研究．结果表明, 施控后的系统是稳定的，弯扭的各阶模态均能得到有效抑制，柔性梁末端的位移振动能得到显著衰减．     

一种基于压电堆驱动器的喷嘴挡板式气体控制阀的研究

针对当前气体压电阀普遍存在的工作压力低、输出流量小的问题,设计了一种基于压电堆驱动器的喷嘴挡板式控制阀,对控制阀的柔性铰链挡板进行了设计和动力学分析,对阀的最大流量作了估算.最后进行了实验研究,结果表明:所设计的压电阀响应较快、允许工作压力高、输出流量大.     

基于S变换谱阈值去噪的冲击特征提取方法

提纯旋转机械设备故障振动信号中的冲击特征,可以有效地实现相关故障的诊断。利用S变换适合于处理冲击特征信号的特点,提出基于S变换谱阈值去噪的冲击特征提取方法。先将信号进行S变换,得到其时频谱。考虑到此S变换谱为一复数矩阵,故而根据谱系数的模值大小进行阈值去噪。去噪过程中分别采用了基本的硬阈值函数和软阈值函数。对于最优阈值的估计,以所提出的改进风险函数为评价标准,利用步长迭代算法在零到系数最大模值的区间内获取。最后将去噪后的时频谱进行S逆变换,重构得到时域冲击特征。仿真信号与滚动轴承故障振动信号的处理结果表明,利用所获取的最优阈值,S变换谱阈值去噪方法能够从噪声混合信号中提取出冲击特征,从而实现相关故障的诊断。     

空间柔性机械臂弯扭耦合振动的主动控制研究

由于太空机械臂的结构形式和末端操作对象的影响,空间多连杆机械臂系统存在着强烈的刚柔耦合的非线性特性。针对伺服驱动的空间柔性机械臂系统,基于经典振动理论,提出柔性臂弹性弯曲、扭转的变形假设,然后采用假设模态法和Lagrange方程得到系统的动力学方程。为了抑制系统在大范围运动过程中的弯曲、扭转弹性振动,提出了基于Lyapunov稳定性的模糊自适应速度反馈控制策略。数值仿真结果表明:空间机械臂系统在转动过程中必然会激起柔性臂的弹性振动;采用提出的控制策略利用压电剪切致动器和压电扭转致动器不仅可以抑制柔性臂的弯曲和扭转振动,还可以降低伺服电机的驱动扭矩,提高柔性机械臂系统的末端定位精度。     

CVD制备Nb-W合金的显微组织和性能

采用化学气相沉积（CVD）法制备Nb-W二元合金材料,通过金相显微镜、扫描电镜、电子探针和显微硬度仪研究了Nb-W二元合金的显微组织、力学性能。结果表明,CVD法制备的Nb-W二元合金具有规则角度层状结构特征,层状结构主要以柱状晶为主,并伴随着相应的成分起伏：层与层连接处以Nb为基体,周围分布有Nb-W固溶体,层内以Nb-W固溶体为基体,周围分布着Nb原子。宏观上在沿着晶体生长方向上开始基本以W原子为主形成一个W层,随后经过（NbW）固溶过渡到Nb原子;而微观上Nb和W原子的分布又显现出含量交替变化的特征。利用有限元模拟计算分析验证Nb-W合金材料的层状结构,以及层间的成分差异,发现层间晶粒尺寸的交叠差异对力学性能起到了明显的提升作用。揭示了Nb-W合金CVD成型机理与强化机制。     

压电柔顺x-y微夹持器的设计与分析EI北大核心CSCD

针对微操作和微装配领域对微夹持器高位移放大比、多自由度和平动夹持的性能需求,采用双叶型桥式机构和平行四边形机构,设计了一种压电柔顺x-y微夹持器。利用有限元法建立了微夹持器的静力学与动力学模型,并通过ANSYS Workbench软件分析微夹持器的位移放大比、固有频率和输出耦合比。最后,搭建试验测试系统验证微夹持器的开环性能。试验结果表明:微夹持器x,y向的位移放大比分别为30.8和8.6,一阶固有频率为123.3 Hz;当施加10μm输入位移时,微夹持器x,y向的工作行程分别为0~616.6μm和0~51.0μm,夹持力范围为0~25.8 mN;微夹持器x,y向位移放大比与一阶固有频率的实验测试和仿真数值之间的相对误差分别为17.9%,19.8%,13.9%。试验结果验证了该理论模型和仿真分析的可行性。     

压电致动的谐振式水下柔性结构动态迟滞建模及前馈补偿

具有运动灵活且操作方便优点的宏压电纤维复合材料(macro fiber composite, MFC)致动水下柔性结构广泛应用于水下仿生推进和变形控制系统中，但是MFC的迟滞非线性严重影响了系统的定位精度和操控性能。提出了一种改进Prandtl-Ishlinskii(PI)静态迟滞和传递函数动态模型串联的复合式模型来描述MFC致动水下柔性结构谐振状态下的动态迟滞行为。首先基于所提出水下结构的准静态迟滞特性辨识得到改进PI迟滞模型参数，然后通过传递函数串联馈通环节的动态模型捕捉MFC致动柔性结构的水下谐振特性。实验结果表明所建立的复合式动态迟滞模型能够很好地描述MFC致动水下柔性结构在谐振状态下的动态迟滞行为，并且在固有频率附近一定带宽范围内仍具有较高准确性。基于复合式逆模型的前馈补偿下，水下柔性结构在谐振状态下跟踪正弦轨迹的实测位移与期望位移基本重合，补偿后二者线性度较高，显著提升了MFC致动柔性结构谐振状态下的动态定位和跟踪精度，证实了所提出动态迟滞模型和补偿方法的有效性。     

多晶Ti纳米柱塑性变形的分子动力学模拟研究

利用分子动力学模拟研究多晶Ti纳米柱的力学行为和位错反应机制，比较分析不同变形温度和承载条件对多晶Ti纳米柱应力应变关系及其塑性变形行为的影响。模拟结果显示，随着温度升高，多晶Ti纳米柱屈服强度降低，且在不同温度下，屈服强度所对应的应变量未发生明显变化。在整个变形过程中，主要的位错类型为Other和■类型位错，随着温度升高，位错总长度减小。多晶Ti纳米柱压缩变形与拉伸变形应变响应不对称，拉伸屈服强度略高于压缩屈服强度，晶界缺陷在拉伸变形中响应更加明显。