微加速度计粘附问题的研究及应用

粘附是影响微机电系统(MEMS)可靠性的重要因素之一。针对MEMS的典型产品——微加速度计的粘附问题进行了研究,给出了2种典型的微加速度计的表征粘附特性的剥离数的表达式,并分析了将粘附条件应用于微加速度计的多学科设计优化之中,分析了其对系统结构设计产生的影响。     

微机械陀螺的多学科设计优化建模的研究

以梳状音叉式振动微机械陀螺为例,将多学科设计优化（MDO）方法应用到微机械陀螺的优化设计中。将微机械陀螺复杂系统分解为归属不同学科的多个子系统,阐明了在多学科设计优化中各子系统之间的相互关系。建立了微机械陀螺的结构设计、机械性能、电学性能子系统和系统级的多学科设计优化模型。用已研制的MMCDO多学科混合协同设计优化算法计算,得到了满意的优化设计结果。     

三冗余传动系统的优化设计

提出了一种三冗余传动系统设计方案,采用三组动力单元并行输入并互为备份,通过机械式复合轮系传动系统实现对各输入轴运动和动力的传动和耦合,保障系统在部分输入单元发生故障时自动完成切换,维持连续稳定的动力输出.对传动方案进行了深入的研究,给出了系统的结构布局方案,导出了为达到三路传动等效作用需满足的配齿关系.基于多学科设计优化方法建立了三冗余传动系统的优化模型,将其划分为差动轮系和定轴轮系两个并行子系统,采用基于离散变量的多学科变量耦合优化方法进行优化求解,得到满足配齿关系、强度要求和动力学要求的最优设计方案.      

齿轮裂纹对动载荷谱的影响

基于摩擦学和齿轮系统动力学,同时考虑到轮齿摩擦、时变啮合刚度、偏心质量和综合误差的影响,创建了齿轮传动系统六自由度耦合动力学模型.利用自适应及变步长数值仿真方法对其进行了非线性振动研究,比较了完好齿轮与带裂纹故障齿轮的振动特性,分析了齿根裂纹对齿轮传动系统载荷谱的时域特性、频域特性和时频特性的影响.      

基于Isight的多学科随机搜索优化方法

针对多学科设计优化算法中各子系统间的耦合问题,提出基于随机搜索法的多学科设计优化策略。在各子系统独立分析优化的基础上,构造选择函数,在随机生成的点群中得到理想耦合点,克服了传统的基于敏度的解耦方法的局限性,并拓宽了寻找理想耦合点的空间,以理想耦合点作为参考,构造耦合函数作为子系统优化目标,从而不断调整子系统的优化目标,运用多目标优化策略对子系统进行优化,使子系统之间的耦合关系得到改善。基于Isight优化平台,集成多种学科分析工具,构建了多学科随机搜索优化算法,并在塔式立体车库的优化设计中对该优化方法进行了验证。     

基于MDO的MEMS多物理域耦合设计建模

微机电系（Micro Electro Mechanical Systems，MEMS）涉及多个物理域，多物理域的耦合加大了设计建模的难度。多学科设计优化方法（Multidisciplinary Design Optimization，MDO）是专门针对复杂系统的综合设计优化方法，在处理系统间的相互耦合问题上有着技术和方法上的优势。提出将多学科设计优化方法应用于MEMS的多物理域耦合设计，并对相应的多物理域耦合建模方法作出了分析研究。     

多学科目标兼容优化算法及在MEMS中应用

针对复杂系统的优化设计问题,提出了面向非层级复杂系统的多学科目标兼容优化设计方法,对其基本思路、原理进行阐述。通过在系统级中建立兼容约束和在子系统中构造兼容目标,使各子系统在独立优化设计的同时满足各系统之间的耦合关系,并使系统得到总体的最优解。并将此算法应用于梳齿式微加速度计的设计中,验证了此方法的可行性。     

计算机微视觉的三维显微测试及构形系统的研究

微结构三维显微测量是研究微加工工艺和微尺度结构特性的主要测试手段.一种基于计算机微视觉的方法被提出用来对三维微结构进行显微测量.对微结构测试及构形系统的基本原理进行了研究,构建了微结构测试及构形系统的硬件和软件平台.从而实现了在光学显微镜下对微结构的三维观测[0].通过运用微结构测试及构形系统的硬件平台实现了对微结构高分辨率的观察测量、三维精确运动控制以及水平与竖直方向的精确制动.通过软件平台完成了对微结构的三维重构.课题利用微结构测试及构形系统对微结构进行了测试及重构.通过实验,证明了理论研究和系统的可行性,该研究在微结构的测试方面具有较大的理论意义和实用价值.