基于PVDF-TrFE薄膜的柔性自供电传感器

柔性电子器件是人工智能、智慧医疗和可穿戴电子的重要组成部分,传统的柔性电子器件在为产品供电方面主要途径为更换电池或外接电源,这种方式给使用者带来诸多不变,因此可自主供电的电子器件成为当前科学研究热点。以PVDF-TrFE薄膜作为功能层,设计并制备了可自主供电的柔性传感器,利用X射线衍射分析、电滞回线分别表征了压电薄膜的晶体结构和铁电性,通过仿真分析、理论计算和周期性弯曲-拉伸测试探索了传感器响应特性的影响因素和规律,证实传感器响应输出随其弯曲曲率和移动速率的增加而增大,最大开路电压和短路电流分别可达10 V和0.15μA,传感器可作为人体运动传感器的原型,通过人体关节活动产生能量并可检测此关节处的变化幅度,为其在柔性电子器件上的应用提供了借鉴。     

大转角柔性铰链的结构设计及转动刚度研究

为满足航天可展结构需要,提出了一种大转角柔性铰链,其转动角度可达180°。借助几何运动学理论,进行了大转角柔性铰链的结构设计;并对柔性体的尺寸、啮合曲面轮廓、转动刚度、储存能量等关键问题进行了理论分析。得出了柔性体最小长度、厚度与柔性体转动时的最小弯曲半径之间的关系;给出了啮合面的轮廓计算、铰链的转动刚度、柔性铰链储存能量的计算解析表达式。这一柔性铰链的提出及关键问题的解决为相关领域的研究应用提供了重要的参考。     

管材弯曲中应变中性层位移的分析

在管材弯曲变形系统研究中,为了进一步揭示管材弯曲的变形机理并促进管材精确弯曲和数字化弯曲技术的快速发展,利用板弯曲理论在平面应变条件下推导出弯管应变中性层半径和外侧管壁厚变薄量的近似计算公式,并且在考虑弯曲外侧管壁厚变薄的情况下分析弯管应变中性层沿半径方向的变化.根据应变中性层半径与弯曲半径之比小于1的关系,证明弯曲过程中应变中性层向弯曲中心移动.指出应变中性层的内移量与相对弯曲半径成反比.根据部分弯曲试验和有限元模拟结果的比较,证明管壁厚变薄计算相对准确,但由于忽略了垂直于弯曲平面方向的变形影响,且未计入材料性能参数而导致计算值偏大,有待进一步修正.     

柔性热管的研究现状与发展趋势

热管凭借高传热效率、高稳定性、长寿命和低成本等优势已经成为解决高性能微电子器件散热难题的主要方案。然而,日益兴起的柔性可穿戴式电子设备对高热流密度电子器件的散热系统提出柔性化需求,传统铜、铝基热管已经难以满足轻薄型柔性电子设备的散热需求。可弯曲、高性能、轻薄化的柔性热管逐渐成为热管技术的研究热点和发展方向。详细介绍柔性热管的结构类型、封装工艺和应用领域,重点综述目前国内外关于柔性热管在吸液芯结构和封装工艺等方面的研究进展,分析讨论其在柔性微电子器件散热领域应用中存在的不足,并对柔性热管的发展趋势进行科学预测与展望。     

负泊松比蜂窝芯非线性等效弹性模量研究

设计并加工了一种负泊松比蜂窝结构,采用柔性悬臂梁模型,对蜂窝壁板大变形条件下的弯曲变形进行分析,给出了蜂窝芯面内等效弹性模量理论计算公式。通过有限元仿真和力学实验的对比分析,验证了非线性理论计算公式的正确性。得出了等效弹性模量的非线性特性及相同方向和不同方向弹性模量的变化特性。研究结果为柔性蜂窝芯层的工程实用化提供了参考。     

D型截面管应力强度因子分析方法

应力强度因子的确定是断裂力学在实际工程应用的首要任务。分别根据虚功原理和材料力学弯曲理论的裂纹面非自发扩展能量释放率,即J_2积分理论求解D型截面管的在拉伸和弯曲载荷作用下的裂纹应力强度因子表达式。给出的方法能得到封闭解,且计算简单。并将结果与有限元解进行分析比较,进一步指出了计算方法的有效性。     

金属材料表面裂纹疲劳扩展形状演变规律

基于裂纹扩展过程中的能量释放率理论提出一种表面裂纹疲劳扩展形状的计算方法,研究了在拉伸和弯曲疲劳载荷作用下金属板材中表面裂纹扩展形状演变规律,并进行了试验验证。结果表明:计算得到在拉伸载荷作用下的裂纹扩展初始阶段,表面裂纹呈半圆形,随着裂纹深度的增加,表面裂纹形状逐渐变为扁长型半椭圆形;在弯曲载荷作用下的裂纹扩展初始阶段,表面裂纹呈半圆形,随着裂纹深度的增加,表面裂纹形状逐渐变为细长型半椭圆形;试验得到表面裂纹在疲劳扩展过程中的形状逐渐靠近计算得到的形状;在表面裂纹长度相等的条件下,试验与计算得到的裂纹深度的相对误差小于4.5%,说明采用基于能量释放率理论的表面裂纹扩展形状计算方法来预测表面裂纹疲劳扩展的形状演变是可行的。     

柔性电子PVDF传感器应力应变分析

为了分析应变隔绝层对有源器件层的应力应变影响,应用ABAQUS分析软件建立了柔性电子PVDF(聚偏氟乙烯)传感器的有限元模型,依据悬臂梁理论,得到柔性传感器在弯矩载荷作用下的应力云图,分析影响应力应变的主要因素。分析结果表明:应变隔绝层的弹性模量值越小,整个柔性PVDF传感器的的应变最大值越大;泊松比对整个模型结构的应变值影响较小。     

板塑性弯曲变薄的理论解

提出了板塑性弯曲变薄的理论解法,对理想塑性和线性硬化板材的弯曲变形进行了分析,推导出弯曲过程中宽板外表面半径、板料厚度、变薄系数以及应变中性层内移系数等参数随弯板内半径变化的一系列理论解。通过实例计算,将计算结果与生产实际中广泛应用的实验数据进行比较,发现二者非常接近。     

板塑性弯曲变薄的理论解

提出了板塑性弯曲变薄的理论解法,对理想塑性和线性硬化板材的弯曲变形进行了分析,推导出弯曲过程中宽板外表面半径、板料厚度、变薄系数以及应变中性层内移系数等参数随弯板内半径变化的一系列理论解。通过实例计算,将计算结果与生产实际中广泛应用的实验数据进行比较,发现二者非常接近。     

刚软结合可穿戴手部康复装置设计

手部康复装置是用于手部功能恢复治疗的装置,刚性装置柔性不足、贴合性差,容易造成二次伤害;软体装置驱动力小,且复杂软体装置不易制作。为克服刚性装置与软体装置的缺点,提出了一种结合软体关节与刚性指节的可穿戴手部康复装置。分析人手的生物结构,设计软体关节结构并分析其弯曲特性,基于刚软结合设计气动手指执行器,并进行有限元应力与变形分析;完成软体硅胶关节模具和手部康复装置的制作;搭建气动手指执行器测试实验平台,测试刚软结合手指执行器的弯曲特性和指尖力,并进行手部康复装置对不同形状物体的抓取实验。结果表明所设计的刚软结合可穿戴手部康复装置可实现手部抓握等运动功能的康复训练。     

玻璃纤维/铝合金层板基本成形性试验研究

研究了GLARE(glass fiber reinforced aluminium laminates)层板的基本成形性,通过拉伸试验测得了4种层板的性能参数,将这些性能参数进行对比分析,拟合出GLARE纤维不同方向的机械性能函数,据此函数获得了纤维不同方向的GLARE层板性能;通过弯曲试验得到4种层板的最小弯曲半径和回弹角,并研究了温度对最小弯曲半径和回弹角的影响;分析了GLARE的疲劳性能。     

挠性光互联弯曲损耗研究

针对挠性光互联中光纤存在弯曲损耗的问题,文中简要介绍了弯曲损耗产生的原理,采用全矢量有限元法对比研究了SMF-28 单模光纤和G657B光纤的弯曲损耗。研究结果表明,弯曲损耗随入射波长的增加而增加,随弯曲半径的增加而减小。2 种光纤的弯曲损耗相差较大,主要原因在于G657B在光纤结构上的差异,其包层上掺杂了下陷层,增大了芯层和包层之间的折射率的差,增强了光纤芯层的束光能力,降低了光纤的弯曲损耗。文中的研究对光纤在挠性光互联中的应用具有一定的指导意义。     

小直径开缝衬套双轴柔性滚弯成形的三维有限元分析

基于双轴柔性滚弯技术原理,建立了采用0Cr15Ni7Mo2Al材料制备小直径开缝衬套过程的三维有限元模型,以指导实际小直径开缝衬套的制备。利用该模型分析了衬套应力应变分布、刚性轴受力变形情况、衬套成形曲率半径与刚性轴直径的关系及衬套成形曲率半径与带材尺寸的关系,并用滚弯试验验证了该模型的准确性。结果说明:带材滚弯变形随着进给量的增加而更均匀;刚性轴受力随其直径的减小而减小,刚性轴变形程度随其直径的减小而增大;衬套成形曲率半径随着刚性轴直径的增大而增大;衬套成形曲率半径随着带材宽度和厚度的增大而增大。     

激光直写制造石墨烯基柔性电子器件的研究进展

柔性电子器件相对于传统电子器件,拥有独特的柔性和延展性,能够在一定程度上适应不同的工作环境,满足设备的形变需求。石墨烯是开发柔性电子器件的理想材料。然而,传统的石墨烯加工技术大多涉及高温和化学溶剂,存在着成本高,工艺线路复杂和环境污染等问题,并不适合未来产业发展。激光直写（Laser direct writing,LDW）技术具有加工速度快,扫描面积大和空间分辨率高等优点,且无需掩模和后处理,在现代工业中广泛应用。最新研究表明,激光直写技术可以从氧化石墨烯、多种聚合物甚至天然材料中衍生出石墨烯,这无疑进一步提升了石墨烯基柔性电子器件的应用潜力。本文对现有激光直写技术制备石墨烯的前驱体进行了归纳分类,并详细介绍了相应的演变过程、加工原理及辅助加工设备,总结了基底转印、表面应变结构、剪纸拓扑结构这三种常见的柔性化制造策略,并重点阐述了其在超级电容器、传感器、纳米发电机和致动器等石墨烯基柔性电子器件中的最新应用,最后对其发展趋势及挑战进行讨论。     

柔性管板计算方法与几何尺寸优化

利用ANSYS 15.0软件对柔性管板进行热-应力耦合分析,得到柔性管板整体应力分布规律,对柔性管板厚度、换热管中心间距、过渡圆角半径进行优化,并对国内外管板计算方法进行对比分析.结果表明:西德AD方法计算出的管板厚度最小;随着柔性管板厚度的增加,薄膜应力先减小后增大,薄膜加弯曲应力逐渐增大;随着换热管中心间距的增大,...     

非惯性系下旋转叶片的动力学分析

利用Ho-Hoon Lee提出的在满足叶片弯曲机制情形下的新的动力学建模方法对盘叶这种常见的机械系统进行动力学建模。并用拉格郎日方法和假设模态法离散推导出了系统的动力学方程。在建立系统动力学方程的过程中考虑了未被Ho-Hoon Lee[2]所考虑的盘的半径,同时给出了盘叶系统的数值仿真结果。并与文献[3]中简化的一阶近似耦合模型在理论上和数值上进行了比较。     

基于气动柔性驱动器的三自由度手指指端输出力特牲研究

三自由度手指由3个气动柔性弯曲关节串联而成,弯曲关节由气动柔性驱动器 ( FPA)驱动。关节驱动力矩的大小取决于各个关节FPA内腔中的压缩气体压力的大小。推导了手指运动学方程及力雅可比矩阵,分析了手指指端受力状况,建立了指端输出力与各个内腔气体压力增值之间的映射关系。对手指指端输出力进行了仿真研究和实验研究,实验结果与力模型结果基本吻合。     

Flexible 3D stretch-bending technology for aluminum profile

As the consumption of fossil energy from the traffic system increases, the need for 3D structural parts which provide the design engineer a lighter, stiffer, and more energy-efficient structure is required. A new flexible 3D stretch bending process (FSB) with multi-points dies (MPD) is thus being developed. This study seeks to find out the relationship between the springback error and the adjustment parameters for the FSB process. At first, the structure of flexible fundamental unit (FFU) with four degrees of freedom (DOF) MPD was designed and implemented. Then the FSB experiments with different bending radius of curvature and materials were carried out based on prototype of the flexible 3D stretch bending equipment. The experiment results show that the springback error increased linearly along the length of the workpiece. Without using the post-stretch force, the springback error declined from 7.90 % to 0.80 % by adjusting the positions of the FFU. Most importantly, the surface defects of the forming parts such as wrinkle and crack can be eliminated in this process.     

基于FPA的气动柔性手指康复器及其控制系统

针对现有手指康复器在柔顺性、适用性和安全性方面存在的不足,基于气动柔性驱动器（FPA）设计了一种气动柔性手指康复器,以采用压缩气体驱动并以橡胶材料为主体设计的基于FPA的柔性弯曲关节代替传统的纯机械式结构。根据手指康复器仿生康复的任务要求,设计具有三大模块的控制系统：模式识别模块负责通过采集和分析手指表面肌电信号(sEMG)对主体的动作意图进行识别,并生成康复运动训练方案;角度反馈模块采用AS5045芯片实时检测康复器运动状态并将数据信息反馈至主控制器;主控制模块控制上述训练方案和康复器运动状态实时反馈信号以驱动康复器完成运动训练。实验结果表明,康复器两个关节弯曲期望值为15°和30°时的稳态误差小于0.6°,提出的控制系统能很好地完成sEMG的识别、康复器运动信息检测与反馈和康复训练任务,证明了手指康复器及其控制系统是可行的、有效的。