大位移MEMS静电梳齿驱动器的设计及制作

文章提出了一种大位移低驱动电压的MEMS静电梳齿驱动器,对器件进行了设计、模拟、制作以及测试.梳齿驱动器的侧向不稳定性即侧向吸合现象限制了梳齿驱动器的最大驱动位移,发现侧向稳定因子S,随支撑梁刚度比ky/kx以及梳齿间隙g的增加而增加,随梳齿交叠长度的增加而减小;而驱动器的驱动电压随梳齿间隙的增加而升高.在以上研究的基础上,提出了一种采用小间隙无初始交叠、长度线性递增梳齿结构和高纵/横向刚度比的预弯曲支撑梁结构的梳齿驱动器.器件测试结果表明,驱动电压71V时,可以达到100μm的驱动位移,进一步测试表明,驱动器的基模共振频率为573Hz,Q值为35.88.     

一种新型MEMS开关微驱动器研究与仿真

介绍了一种基于光致形变聚合物材料的MEMS开关微驱动器。光致形变聚合物材料在光驱动型微执行器上的应用具有体积小、结构简单、易实现遥控等特点。根据MEMS的尺寸及性能要求建立开关及微驱动器模型,并得到所需最大驱动力。通过计算得出具有一定尺寸光致形变薄膜的等效弯曲行为,并将其应用到MEMS开关微驱动器上。运用ANSYS对微驱动器及闭锁机构仿真分析,根据仿真结果对结构进行改进,确定了采用多层薄板结构的方案,以满足最大驱动力要求。     

结构有限元模型的实验结果修正

本文在简要介绍了用实验模态分析结果修正结构有限元模型的全元素修正法后,结合一个算例演示了该方法的应用。计算和分析结果表明,经过修正的有限元模型与普通有限元模型相比能准确地反映结构的动态特性,说明了这种方法的可靠性和有限元动态模型修正的必要性。     

结构有限元动态模型修正方法综述

本文简要介绍和归纳了五种常用的动态模型修正方法。对每种方法,都给出了它的基本思路、目标函数和修正模型的求解过程,以及各阶段的主要计算公式。基于对各种方法的深入剖析,并结合作者本人的一些实际经验和应用体会,此文还揭示了各种修正方法之间的内在联系及实际使用中应注意的问题。     

一种新型 MEMS 倾角仪的设计及测试

设计了一种新结构的 MEMS(Micro Electro-Mechanical Systems) 倾角仪, 该倾角仪基于压阻测量, 采用 SOI 工艺和后续加工完成. 描述了该 MEMS 倾角仪的设计、测试及其角度解算方法. 进行了角度测试实验, 结果证明了解算值与实际值符合良好, 且该倾角仪具有很高的灵敏度和 360°的测量范围.     

基于有限元与块体元法的地下洞室变形及稳定分析

本文把有限元与块体无法结合起来,用来分析地下洞室围岩的变形及稳定性。此法在洞室附近使用块体元模型,以反映节理岩体变形的不连续性,而在远处使用连续的有限元模型,以减少计算工作量。文中推导了有限元与块体元法统一力学模型的支配方程,所编制的数值分析程序应用于某一实际工程问题,说明此法可行。     

基于位错密度的晶体塑性有限元方法的数值模拟及参数标定

运用ABAQUS有限元分析软件对基于位错密度的晶体塑性有限元方法(CPFEM)及其晶体塑性参数进行了深入的研究。结果表明,CPFEM晶体塑性本构可以准确地体现材料的力学性能。通过讨论不同晶体塑性参数,得到各个参数可以分别控制材料的屈服强度、硬化过程、剪切应变速率、极限强度等性能。此外,为了标定材料的晶体塑性参数引入多晶的代表体积单元(RVE)模型,并讨论了晶粒数以及晶粒规整度对于RVE模型的影响。结果表明,RVE模型的晶粒数达到临界值750个时能够体现等轴晶的宏观各向同性。结合晶体塑性RVE模拟和拉伸试验结果,对Inconel 718合金的晶体塑性参数进行标定,晶体塑性有限元的模拟结果和实验结果的误差小于5%。证明经过标定的晶体塑性参数可以准确反映Inconel 718的力学性能,也使得进一步研究该合金介观晶粒尺度的力学性能成为可能。     

一种新型热声制冷机声驱动器的设计与实验研究

为了满足热声制冷机声驱动器对高声强声源的需求,通过简化声驱动器驱动机构的各个零部件结构、连接方式,并考虑零部件的材质性降低驱动器运转时的惯性力,设计了一款强力且性能稳定的微型声驱动器,可应用于小型制冷机的实验研究.通过实验采集了驱动器在基频145 Hz、振幅0.5 mm下热声制冷机谐振腔内的声压、振速值,发现声压值最高...     

一种MEMS平板型同位素微电池的设计与制作

针对倒三角直槽型或倒金字塔型能量转换结构的同位素微电池难于加工以及放射性薄膜不均匀等缺陷,设计了一种较为简单的平板型能量转换结构.引入金属区这一结构,增强了放射源薄膜的接触稳定性.63Ni放射源电镀实验最终得到了一组理想的短路电流和开路电压数据.结果表明,该结构与传统的能量转换结构相比有更稳定的功率输出.     

坞式结构有限元仿真模拟及施工过程对底板受力影响分析

大型船闸底板表面经常会产生顺水流方向的纵向裂缝,常规设计方法无法解释.引入土体渗流固结理论,建立模拟船闸施工过程的有限元仿真模型,对比常规设计方法计算结果,从另一角度进一步分析底板开裂原因,认为常规设计方法是一种瞬态整体分析方法,既没有考虑船闸施工过程,也没有考虑土体沉降过程时间特性,对底板上表面应力计算存在较大偏差,建议设计时采用仿真方法进行计算分析.     

磁致伸缩作动器的设计与性能分析

在分析超磁致伸缩材料特性的基础上设计了一种微位移作动器．通过有限元分析，对作动器的结构进行优化，得到均匀的偏置磁场和激励磁场；设计了预压力加栽结构和强制冷却结构．对该作动器的动、静态性能进行了测试，结果表明：作动器基本上工作在线性区域内，其位移伸缩量大，低频动态性能较好，高频谐波分量影响较小，相位延迟较小，同时也证明了对作动器的磁场分析和结构优化是正确的．     

基于径向励磁和永磁-电磁联合驱动的主动平衡执行器

在线主动平衡系统因可实时抑制旋转设备运行过程中的不平衡振动,在高端机床和航空发动机等高端装备领域具有重要应用价值.平衡执行器作为主动平衡系统的终端执行机构,其性能参数决定了平衡系统的整体指标.对已有电磁滑环式平衡执行器的轴向励磁方法进行了改进研究,提出了一种基于径向励磁和永磁-电磁联合驱动方法的新型执行器结构,通过建立...     

Development of specimen and test method for strength analysis of MEMS micromirror

Specimens and fracture test methods for strength analysis of MEMS micromirrors were proposed. Bending and combined loading tests were performed, and torsion strength was estimated from those results. Two-parameter Weibull distribution was used to evaluate the fracture stresses estimated from the FEM model. The resulting scale and shape parameters were 787 MPa and 7.77 for the bending test and 517 MPa and 5.28 for the combined loading test. There was a difference in strength between the results of the bending and combined loading tests. From the load factor analysis, it was found that both geometry and stress distribution have to be considered to estimate the strength of MEMS since flaws are non-uniformly distributed. It was also found that torsional strength can be estimated on the safe side using the results of the combined loading test.     

面向叶片精锻过程的三维有限元模拟

对刚粘塑性有限元用于模拟分析叶片精锻过程的基本原理进行了论述 ;对模拟中需解决的关键问题提出了相应的算法和处理技术 ;开发了考虑工模具间的摩擦的三维刚粘塑性有限元模拟分析系统 .采用该系统 ,对航空发动机压气机简单叶片和带阻尼台叶片精锻过程进行了三维有限元模拟分析 .模拟过程中对榫头和叶身过渡处采用圆角连接 ,改善了金属的流动性和充填性 ,使叶片锻造三维有限元模拟的建模与分析更接近于实际过程 .结果表明 :采用作者所提出的基于边界构形的网格重划方法 -内缩法 ,进行畸变网格的重划是可行的 ;采用作者所提出的动态边界条件的处理方法以避免模具死锁问题是有效的 ;所开发的软件系统是可靠的 .     

Modelling of the material flow of Nd-Fe-B magnets under high temperature deformation via finite element simulation method

Abstract

Hot deformation of Nd-Fe-B magnets has been studied for more than three decades. With a good combination of forming processing parameters, the remanence and (BH)_max values of Nd-Fe-B magnets could be greatly increased due to the formation of anisotropic microstructures during hot deformation. In this work, a methodology is proposed for visualizing the material flow in hot-deformed Nd-Fe-B magnets via finite element simulation. Material flow in hot-deformed Nd-Fe-B magnets could be predicted by simulation, which fitted with experimental results. By utilizing this methodology, the correlation between strain distribution and magnetic properties enhancement could be better understood.     

Fracture mechanics analysis using the wavelet Galerkin method and extended finite element method

This paper presents fracture mechanics analysis using the wavelet Galerkin method and extended finite element method. The wavelet Galerkin method is a new methodology to solve partial differential equations where scaling/wavelet functions are used as basis functions. In solid/structural analyses, the analysis domain is divided into equally spaced structured cells and scaling functions are periodically placed throughout the domain. To improve accuracy, wavelet functions are superposed on the scaling functions within a region having a high stress concentration, such as near a hole or notch. Thus, the method can be considered a refinement technique in fixed‐grid approaches. However, because the basis functions are assumed to be continuous in applications of the wavelet Galerkin method, there are difficulties in treating displacement discontinuities across the crack surface. In the present research, we introduce enrichment functions in the wavelet Galerkin formulation to take into account the discontinuous displacements and high stress concentration around the crack tip by applying the concept of the extended finite element method. This paper presents the mathematical formulation and numerical implementation of the proposed technique. As numerical examples, stress intensity factor evaluations and crack propagation analyses for two‐dimensional cracks are presented. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

超磁致伸缩执行器应力耦合磁化模型及求逆算法

超磁致伸缩执行器在其工作过程中易受环境影响,尤其在精密定位与进给应用中,执行器最易受外部应力的影响.将工作在压应力影响下的超磁致伸缩执行器作为研究对象,引用均质能量场模型和磁机耦合理论,利用磁机耦合理论中求取的平均磁化强度作为均质能量场模型中的磁滞算子,并引入应力对均质能量场模型中矫顽场密度函数及交互场密度函数的影响,提出了超磁致伸缩执行器应力耦合磁化模型.对模型进行了离散化处理,并根据离散模型给出了求逆算法.对执行器在受0、10、20、100MPa压应力下进行了仿真,计算且图示了求逆算法与模型的误差,仿真结果证明了模型和求逆算法的有效性.     

瞬态热线法导热系数测量的数值模拟

利用有限元方法对瞬态热线法导热系数测量进行了数值模拟,对各种因素如加热功率、热线半径以及实验温度等对测量过程的影响进行了分析,并将模拟得到的温升曲线与实验测量得到的温升曲线进行了比较,结果表明:通过选择适当的参数值,模拟曲线可以与实测曲线吻合得很好,实验值与模拟值的偏差小于实验结果的不确定度.本结果的获得对进一步理解瞬态热线法导热系数测量过程,提高导热系数测量技术水平具有借鉴意义.     

新型高精度超声波流量计的设计

文章报导了一种新型高精度超声波流量计的系统设计。利用传统流量计的原理，结合目前先进的可偏程逻辑器件(CPLD)设计和高频电路设计技术，针对高精度、宽量程的要求，设计出具有数字自动增益控制(AGC)系统、自动纠错系统、高频计数系统的新型超声波流量计，它具有主从处理器并行工作结构和多种输出方式，可为多种工业输出标准提供接口。文章给出了该系统在实验室和工业环境中测试的结果。     

中频力学环境预示的FE-SEA混合方法研究

针对中频力学环境预示,阐述了FE-SEA混合方法的基础理论,建立了该方法的详细计算流程,并以Matlab为平台开发了FE-SEA混合方法的计算程序.结合算例,通过与能量流的Monte Carlo仿真结果比较,验证了FE-SEA混合方法的准确性.研究表明:FE-SEA混合方法可以达到Monte Carlo仿真的计算精度,且其计算效率远高于后者;该方法在弥补传统有限元和统计能量分析不足的同时,也为中频力学环境预示的实现提供了一种全新的思路.