二维随机风下高速列车非定常气动载荷研究

为研究自然风下高速列车的气动载荷特性,基于Cooper理论和谐波叠加法建立考虑自然风纵向脉动分量和横向脉动分量的二维随机风数值模拟方法,通过对比纵向脉动分量和横向脉动分量的模拟功率谱密度与目标功率谱密度,验证随机风数值模拟方法的正确性,并建立二维随机风下高速列车非定常气动载荷的计算公式。数值计算时,列车速度为200~400 km/h,平均风速为10~35 m/s,计算结果表明,随机风具有较大的横向脉动分量,其波动程度略小于纵向脉动分量的波动程度。无论是否考虑随机风速横向脉动分量,高速列车非定常气动载荷均近似服从正态分布。随机风速横向脉动分量对非定常气动载荷的均值几乎没有影响,但使非定常气动载荷的标准差有所增大。     

非牛顿介质中图形化表面对减阻效果的影响

为研究图形化表面在非牛顿介质中对减阻效果的影响,在微摩擦试验机(UMT)上进行了销盘润滑实验。实验中在硅片的表面刻蚀了纵向和横向2种沟槽以形成不同的表面图形。实验表明,与光滑表面相比,当剪切速率处于牛顿流动区时,沟槽具有一定的减阻效果;而当剪切速率处于剪切稀化区时,沟槽表面的阻力上升;并且横向沟槽表面的阻力总是大于纵向沟槽表面的阻力。流体数值计算的结果表明,横向沟槽侧壁的压差阻力和纵向沟槽侧壁的粘性阻力无法完全补偿沟槽底面上的阻力损失,因而产生了减阻效果。     

煤粉在水平管道输送过程中的数值模拟

通过数值模拟的方法,分析研究了煤风速度与煤粉在水平管道中的输送规律,目的是确定煤粉在水平管道内均匀输送不发生沉积的煤风速度。因为煤风速度过高,管路阻力增大,能耗和磨损都会增大;煤风速度过低,不能形成气力输送,导致煤粉在管道内沉积。通过模拟结果分析得出如下结论:当煤风速度大于25 m/s,煤粉可在管道内均匀输送;当小于25m/s时,煤粉将在管道内发生沉积,不利于煤粉的输送。该数值模拟分析结果可为煤粉在水平管道中的高效输送提供参考依据。     

考虑道路几何条件的ACC系统上层速度控制模型

针对ACC系统上层速度控制IDM模型不能对汽车转弯行驶进行横向控制的不足,通过改进IDM模型并运用Simulink仿真试验研究转弯、超高和坡度等道路几何条件变化对特定工况下的汽车纵向和横向行驶的影响.采用车头时距和行驶速度作为指标评价汽车纵向行驶安全性;采用横摆角速度和侧向速度作为指标评价汽车操纵稳定性.仿真发现:在一定超高和坡度的道路上汽车转弯行驶时,纵向方向上改进后模型的车辆车头时距增大,行驶速度减小,保证了行驶安全;横向方向上改进后模型的横摆角速度和侧向速度随转弯半径和超高的增加而减小,保证了良好的操纵稳定性.结果表明,针对道路几何条件的变化,改进的IDM模型可以初步实现ACC系统特定工况下车辆纵向与横向的控制.     

新非自然平衡轮廓载重子午线轮胎设计及试验验证

以载重子午线轮胎295/80R22.5为研究对象,利用新非自然平衡轮廓理论对其胎体轮廓进行重新设计。在此基础上,试制了具有新非自然平衡轮廓的轮胎样胎,并依据GB/T23663-2009对其径向、横向和纵向刚度进行测试。借助ABAQUS软件建立了新非自然平衡轮廓轮胎295/80R22.5的有限元分析模型,并对其静态接地压力分布、充气外轮廓以及径向、横向和纵向刚度进行了数值计算。试验测试与数值计算结果有较好的一致性。结果表明,本文建立的新非自然平衡轮廓轮胎的有限元分析模型具有较高的精度,可用其分析轮胎的综合性能。     

基于Over-plating成型的金属微电极阵列制备技术

为了解决MEMS工艺制备金属微电极阵列时,电极与基底结合力小,易脱落等问题,提出了基于Over-plating成型的过电铸法金属微电极阵列制备技术。在常温下,选择190 g/m L的CuSO_4·5H_2O、60 g/L的H_2SO_4、70 mg/L的氯离子以及适量的添加剂配置成的电铸液,并采用酸性镀铜工艺,设置电流密度1.5 A/dm~2,过电铸20 h,经抛光处理后,分别得到了高度200μm、900μm,线宽200μm,中心距300μm的柱金属微电极阵列。所制备的金属微电极阵列,在相邻区域金属沉积过程中相互影响形成了较深的孔缝,这些微孔极大地增加了三维微电极的表面积。可见,过电铸工艺是一种便捷、快速、低成本的微电极制备工艺。     

微细光成型固化工艺参数优化

为了分析紫外光对液态光敏树脂进行曝光固化成型过程中工艺参数对固化物的形状和精度的影响,根据自行研制的实验系统的大量数据,对线形固化中的主要工艺参数进行了分析和优化。结果表明,在单层液态树脂膜厚30 μm,曝光光束功率0.15 μW,扫描速度15 μm/s以及工作距650 μm时能够得到具有较高精度线宽和线高的固化直线段,利用优化的工艺参数,成功实现了三维微小实体结构的成型制造。     

反冲压力作用下激光选区熔化熔池热动力学行为

激光选区熔化(SLM)过程中,金属蒸发产生的反冲压力会改变熔池的热力学行为,导致零件缺陷。以316L不锈钢粉末为对象,通过数值模拟和试验测试,分析了不同激光工艺参数下反冲压力对熔池温度场和速度场的影响规律。其中,数值模型基于VOF多相流原理,充分考虑金属蒸发的反冲压力,同时结合了界面追踪热源模型。结果表明:固定激光线能量密度为300J/m时,较大的扫描速度(1.0m/s)会得到沿扫描方向更大范围的熔池,也会产生更深的凹陷;当激光扫描速度一定时(1.0m/s),熔池凹陷深度随激光功率增大而增大;并且凹陷深度越大,熔池深度越大,但沿扫描方向的熔池范围、熔化道表面形貌和宽度变化不大。     

铝合金件超塑成形的数值模拟

近年来,数值模拟技术已广泛应用在金属成形工艺的设计和分析中,其中一个重要的功能是预测并预防所设计的工艺产生成形缺陷。在锻造成形中,常见的缺陷有开裂、模具未填充满、折叠和过烧等;在冲压成形中,常见的缺陷有拉裂、起皱、失稳及回弹等。也就是说,当模拟结果表明成形工艺存在缺陷时,可及时找出缺陷产生的原因,并提出防止缺陷产生的工艺措施,然后直接在计算机上修改工艺参数,再次进行数值模拟,直至达到工艺     

电喷印喷头位移参数对三维成型精度的影响

电喷印技术是一种新型的微结构成型技术,其由于具有成型精度高、制造成本低、设备结构简单、打印材料广泛等特点,备受业界关注。而基于液态成形的电喷印技术对于三维图形的打印方法,对其实际图形及打印质量难以直接观测,因而快速有效的控制打印三维图形的精度和质量面临重大挑战。本研究提出了一种通过合理设置打印线间距和层间距,以控制打印三维图形的精度和表面质量的有效控制方法。同时,建立了线间距、层间距等工艺参数与最佳成型质量的理论模型,以打印线横截面层高作为评价指标,通过实验探究了喷头逐线逐面打印移动距离对三维图形沉积形貌的影响。研究结果分析、揭示了电喷印技术中上述工艺参数对三维图形的影响及其规律,并进行了三维实体成形试验。基于接触角、喷射流量等因素对线间距和层高的影响的模拟仿真,为基于电喷印技术的三维成型工艺提供指导意义。     

采用过电铸工艺制造金属微细阵列网板

针对制作尺度10μm的超小微细阵列网板非常困难的问题,提出了采用过电铸工艺制造超小尺寸微细阵列网板的方法。建立了过电铸工艺过程的电场模型,利用有限元分析技术对过电铸工艺过程进行模拟仿真。选取优化的工艺参数(烘胶120℃/60min,曝光3000mJ/cm2,显影2min等)利用光刻制作了高度为50μm、直径为50μm的AZEXP125nXT-10A光刻胶群柱结构,以此胶膜结构作为模具进行了过电铸工艺实验,并与仿真结果进行对比,结果证明了有限元仿真的正确性。最后,通过过电铸缩孔2h获得了厚度达70μm,孔径为4μm的微细阵列网板结构。实验表明,过电铸工艺是一种低廉、安全、可批量生产的制作超小阵列网板的方法。     

Flow field investigation in a rectangular shallow reservoir using UVP, LSPIV and numerical modelling

Low velocity and shallow-depth flow fields often are a challenge to most velocity measuring instruments. In the framework of a research project on reservoir sedimentation, the influence of the reservoir geometry on sediment transport and deposition was studied. An inexpensive and accurate technique for Large-Scale Particle Image Velocimetry (LSPIV) was developed to measure the surface velocity field in 2D. An Ultrasonic Doppler Velocity Profiler (UVP) and LSPIV techniques were used for verification and validation of the numerical simulations. The velocities measured by means of UVP allowed an instantaneous measurement of the 1D velocity profile over the whole flow depth. The turbulence large-scale structures and jet expansion in the basin have been determined based on UVP, LSPIV and numerical simulations. Vertical velocity distributions were defined to study the vertical velocity effect. UVP measurements confirm 2D flow map in shallow reservoir. LSPIV has potential to measure low velocities. The comparison between LSPIV, UVP and numerical simulation gives good agreements.     

UV-LIGA技术制作微型螺旋形加速度开关

微型加速度开关是用于空间飞行体中感受加速度并完成致动的重要惯性器件。本文采用UV-LIGA技术,结合SU-8厚胶工艺、微电铸工艺以及牺牲层技术,制作了微型螺旋形加速度开关。研究了牺牲层工艺、SU-8光刻技术以及螺旋形弹簧形变控制等微细加工的工艺细节;分析了多种牺牲层材料的特性,优选了与工艺相适应的Zn牺牲层体系,解决了微结构易脱落的工艺问题。通过优化微电铸工艺来减小金属膜层的内应力,优化牺牲层释放工艺来避免腐蚀过程对弹簧膜结构的冲击。实验结果表明,通过工艺优化可得到平整的微型螺旋形弹簧—质量块结构,螺旋弹簧厚度为20μm,质量块厚度达200μm,本文的工作可为大批量、低成本地研制微型加速度开关提供工艺基础。     

单轴微拉伸MEMS材料力学性能测试的系统集成

为了对微米尺度薄膜材料的力学性能进行测试,开发了一套成本较低的单轴微拉伸MEMS材料力学性能测试系统。首先,根据有限元模拟优化设计测试样片,使其能够易于夹持、准确对中,以利于应力和应变的测量。接着采用三维非硅UV-LIGA微加工技术制备了Ni薄膜样片。根据单轴拉伸测试过程和硬件构成,以Visual Basic为平台编译了一套数据采集与分析系统。最后,应用该测试系统完成对电镀Ni薄膜材料性能的测试。实验结果表明,该系统能够精确测试试样应变,精度达到0.01μm,拉伸力精度达到mN级。得到的电镀Ni薄膜材料的杨氏模量约为94.5 GPa,抗拉强度约为1.76 GPa。该系统基本满足微米尺度材料单轴微拉伸力学性能测试的需要。     

Numerical simulations of the internal flow pattern of a vortex pump compared to the Hamel-Oseen vortex

We did a numerical study of the internal flow field of a vortex pump. Five operating points were considered and validated through a measured characteristic curve. The internal flow pattern of a vortex pump was analyzed and compared to the Hamel-Oseen vortex model. The calculated flow field was assessed with respect to the circumferential velocity, the vorticity and the axial velocity. Whereas the trajectories of the circumferential velocity were largely in line with the Hamel-Oseen vortex model, the opposite was true for vorticity. Only the vorticity at strong part load was in line with the predictions of the Hamel-Oseen vortex model. We therefore compared the circumferential velocity and vorticity for strong part load operation to the analytical predictions of the Hamel-Oseen vortex model. The simulated values were below the analytical values. The study therefore suggests that a vortex similar to the Hamel-Oseen vortex is only present at the strong part load operation.     

切流式双入口气液旋流分离器内的流动分析

针对切流式双入口气液旋流分离器的内部流动特征,利用Fluent软件进行计算分析,重点对分离器内部流动状态及湍流度进行分析,并考察入口流速对主要分离空间流动参数的影响。结果表明,切流式气液分离器内主要分离空间呈明显的组合涡分布,并且轴向零速包络面呈明显柱形,但分离器入口处能耗较大,排气管入口附近紊流现象严重,当入口流速增大时尤为明显。计算结果对气液旋流分离器的结构优化与性能预测具有指导意义。     

服务于微电子产业的MEMS新技术

UV-LIGA技术是MEMS微细加工中一种非常重要的技术.结合厚胶工艺,可以利用金属电镀的方法制作出各种金属MEMS结构.UV-LIGA技术一方面由于其低温的特点可以很好的与后COMS工艺兼容,被用在片上集成高性能射频无源器件方面.另一方面,还可以将金属电镀工艺与硅微机械技术相结合,制作出用于圆片级测试的微机械探卡.文中主要介绍这种有产业前景的技术及其在器件制作上取得的成果.     

Co-Re MOCVD设备反应室流场的CFD数值仿真

以化学气相沉积Co-Re合金涂层为对象,建立反应室内部数学模型采用计算流体力学CFD方法对化学气相沉积制备Co-Re合金涂层反应室进行三维数值模拟分析,前处理采用ICEM软件划分网格,在fluent15.0中计算了反应室中基底附近流场分布,数值模拟采用非交错网格系统SIMPLE算法,以提高涂层表面均匀性为目的,研究了不同进气口形状、位置、流量大小以及压力对基底附近速度场的影响,模拟结果表明当选用直型喷头、进气口距离基底下表面L为150mm时,进气流量为150mL/min能够得到表面质量相对均匀的涂层,并且压力的变化对基底附近速度场影响不大。     

有限长热弹流温度影响因素的研究

运用多重网格法求解了长径比为2工况下线接触热弹流润滑问题,探讨了速度、黏度、滑滚比对弹流温度的影响。同时对滚子中部的点进行拟合,给出了一定工况下该处弹流温度与其影响因素的关系式。结果表明:速度、黏度、滑滚比是弹流温度的重要影响因素。随着速度的增大,在弹流入口位置油膜温度增大,在出口处则减小;同时温度峰值明显增大,并向入口方向偏移。而黏度和滑滚比在入口区的影响不明显。温度峰值随着黏度的增大而增大,并向入口方向偏移。滑滚比的增大减弱了温度峰值的出现,并趋向于光滑,峰值位置也无明显变化。     

模糊神经网络在UV-LIGA工艺优化中的应用

将模糊神经网络理论和算法应用于负性光刻胶(SU-8)加工高分辨率和高深宽比微结构的工艺研究,在正交试验的基础上对网络进行训练,建立了光刻图形质量与前烘时间、前烘温度、曝光量、后烘时间之间的预测模型。该模型采用五层前向模糊神经网络,学习算法为梯度下降法。进行了实验,实验结果表明,前烘温度与前烘时间对光刻质量影响最大。对120~340 μm厚的光刻胶,前烘温度取95℃,前烘时间100 min时,图形的相对线宽差最小;超声搅拌能缩短显影时间,显著改善图形质量,试验结果与计算结果十分吻合。将模糊神经网络应用于UV－LIGA工艺中,能实现光刻加工微结构的工艺参数优化。