压电驱动微喷雾粒特性的理论和实验分析

压电驱动微喷用于雾化吸入治疗,雾粒直径是微喷的重要参数.雾粒直径与工作条件和液体特性等多种因素有关,为了找到适当的工作条件使微喷高效地产生适合于雾化吸入治疗的雾粒,需要对微喷的雾粒直径及其影响因素进行理论和实验分析.这里采用单一喷孔的微喷流体模型进行分析,使用激光相位-多普勒分析仪测试雾粒的直径及其分布,验证了雾粒直径与微喷孔直径、驱动电压和频率的关系.要得到直径较小的雾粒,应在适当的谐振频率下,采用较小的微喷孔和较小的驱动电压.     

压电驱动微喷雾化器的研制及实验研究

作为一种重要的非注射给药途径，雾化吸入治疗方法具有起效快，药物毒、副作用小等特点，因此被越来越广泛地采用。基于压电驱动喷雾打印机工作基本原理，利用微机加工技术，研制了一种压电驱动微喷雾化器。流量、雾粒的直径和速度是微喷雾化器的重要指标，文中采用相关的仪器分别对这些指标进行了测试。由测试结果可知，微喷雾化器产生的雾粒的直径和速度分布集中，且雾粒直径和速度比较适合于雾化吸入治疗，可能成为一种重要的雾化吸入治疗装置。     

新型纳升级点样微喷系统的研制

点样微喷头是非接触法点样的关键部件.在对自行研制的压电陶瓷微喷头进行理论分析的基础上,得到了驱动压电陶瓷微喷头的具体条件.并利用单片机和波形发生芯片制成了数控驱动系统.利用这种驱动系统可以时微喷头实现完全数字控制并进行了喷射实验,得到单个液滴的体积约为0.11 nL的结果.还讨论了驱动电压以及脉冲宽度对于液滴体积和初速度的影响.     

气动式微滴喷射过程仿真与尺寸均匀性试验研究

为使气压驱动式微滴喷射装置能产生均匀的微滴和稳定的喷射过程,使用FLUENT建立了二维轴对称计算模型并对微喷过程进行了模拟仿真。研究了气压驱动式微滴按需产生过程及腔体内压力峰值对单颗微滴成形的影响规律,利用构建的喷射系统对水进行喷射试验,并对产生微滴的均匀性进行了研究。仿真获得了单颗微滴的成形过程并得到了腔体内较低压力峰值有利于提高微喷稳定性的结论。实验结果表明,产生的微滴附着直径最大变化率为1.82%,均匀性较好。     

新型多层悬臂梁压电发电装置发电性能研究

为了提高压电发电装置的发电能力,设计一种新型蝴蝶式多层悬臂梁压电发电装置。基于ANSYS 12.0有限元软件,建立三层悬臂梁压电发电装置的有限元模型,对装置进行了静力分析以及模态分析。有限元分析结果表明,该多层发电装置每一层的应力和变形规律基本一致,符合悬臂梁结构的典型特征。在此基础上,建立单层悬臂梁的压电耦合有限元模型,分析每一层悬臂梁模型的固定端(基座)在承受外界激励载荷作用时的电压分布和电压响应曲线。制作了三层压电发电装置,并对装置的应力、固有频率和开路输出电压进行了试验测试,试验测试结果与仿真结果基本吻合。对单层压电悬臂梁在不同外界激振频率和振幅作用下的发电性能影响规律进行了试验与仿真研究。结果表明:该蝴蝶式多层悬臂梁压电发电装置在受到频率为38 Hz,振幅为1.25 mm的环境振动载荷作用时,具有最佳的发电性能。     

链轮链板舞台驱动装置的优化设计与分析

现代舞台多用齿轮齿条驱动装置实现舞台的各种运动。针对刚性驱动装置在运行过程中出现振动和噪声,影响舞台的运动平稳性和工作环境等问题,设计了链轮链板驱动结构。建立了驱动装置的模型,对驱动系统进行模拟仿真和动力学分析,并进行了实验检测。结果表明,链轮链板驱动装置具有柔性效果,消除了刚性驱动装置的缺陷,使舞台的传动平稳,噪声降低。该驱动装置已经应用于实际工程,证明了设计的合理性。     

菱形微位移压电作动器输入输出杂交建模

针对某定位装置,研究了一种新型菱形微位移压电作动器,该压电作动器由压电堆、菱形位移放大机构以及柔性铰链组成。菱形微位移压电作动器的核心驱动部件为压电堆,由于压电材料的迟滞特性,菱形压电作动器具有非线性迟滞特性。为了消除迟滞对压电作动器在后续控制中的影响,发展了一种Preisach杂交建模的方法,该方法在传统Preisach模型的基础上,有效结合了Preisach离散模型和支持向量机(support vector machine,简称SVM),建立了微位移压电作动器输入输出杂交模型。试验结果表明,SVM有效解决了因1阶滞回曲线数量不足而导致Preisach模型精度低的问题,同时与传统Preisach模型相比,杂交建模能更准确地描述迟滞特性,具有更高的精度。     

基于MEMS的医用雾化微喷研究

介绍了一种基于MEMS技术的雾化微喷的设计、仿真、加工和实验结果。该微喷以压电效应为驱动方式,通过压电片振动所产生的压力使液体从阵列微喷孔中喷出,所产生的液滴直径和速度分布集中,无热效应,不会破坏药液的物理和化学特性。通过有限元仿真分析了微喷液体腔内压力波的分布,并根据仿真结果优化了微喷孔的布置。实验结果表明,该微喷所产生的液滴平均直径15μm,平均速度3m/s。     

装载机工作装置机-液耦合仿真分析

针对装载机工作装置仿真研究存在的不足，在ADAMS中建立了刚柔耦合模型和液压系统模型。对一个典型作业过程进行了仿真，分析了油缸的作用力、油腔压力在工作过程中随时间的变化规律等，并应用ADAMS／Durability模块进行了动态的有限元分析。仿真结果与实际工作情况基本一致，建模及分析方法对于其他类似机-液耦合机构的仿真研究有参考意义。     

宏微复合平台的微运动动态模型研究

宏微复合平台常应用于大行程运动和高精度定位的场合。基于对宏微复合驱动技术的的分析及研究,提出了一种音圈电机与压电陶瓷复合驱动的宏微复合运动平台结构,其中微运动平台采用压电陶瓷驱动和弹簧预紧,具有结构简单、分辨率高、刚度高和响应速度快等优点。针对微运动平台的主动控制问题,考虑压电陶瓷驱动器驱动电路以及滑块与摩擦复合作用的影响,建立微运动平台动态模型。通过微运动平台动态特性的实验研究,分析滑块与摩擦复合作用对微运动平台平稳性的影响。结果表明,该模型可快速缩短平台到达稳定的时间,满足平台精密定位要求。     

考虑切削力干扰的多轴联动伺服系统仿真分析

基于机床伺服系统性能分析需求,建立了X轴、Y轴的伺服控制系统模型。在此模型的基础上,将四象限插补算法引入到控制系统模型的仿真中,研究了多轴联动情况下PID参数对圆弧插补指令偏差的影响。考虑加工过程中切削力因素的影响,将加工过程中采集的实际力信号添加到多轴联动仿真模型中。仿真结果表明：实际的切削力因素对控制系统特性的影响显著,在PID参数优化时考虑实时切削力的影响具有一定必要性。     

0.6MN自由锻造液压机力闭环控制系统性能分析

为提高锻件性能和材料利用率,研究了锻造液压机的工作原理,并建立其数学模型,采用频域分析方法,研究负载刚度对力控系统特性的影响。利用AMESim与MATLAB/Simulink建立协同仿真平台,分析系统动态性能,同时分别引入PID控制器、积分分离控制器以及模糊PID控制器分析研究其对于0.6MN自由锻造液压机力闭环控制性能的影响,并通过实验验证仿真结果的正确性。     

冷滚打成形中滚打深度与回弹规律的仿真

为了有效地控制回弹对成形件精度的影响,针对变形量与回弹量之间的关系进行研究。依据冷滚打成形的基本原理,应用ABAQUS软件建立了有限元动态仿真模型,通过仿真获得了不同滚打深度下成形齿槽截面在切向、轴向和径向的变形规律与回弹量。由于动态仿真后工件内部的力处于不平衡状态,不能直接进行回弹求解,所以在动态仿真结果的基础上建立了静态仿真模型,通过静态分析获得了不同滚打深度成形齿槽截面各部分在切向、轴向和径向的回弹规律。在改装的实验设备上进行冷滚打成形实验,获得了工件廓形,并将其与相同工艺条件下的仿真结果进行比较,验证了仿真结果的正确性,为有效控制回弹对成形精度的影响提供了参考。     

考虑杆件柔性的间隙机构系统磨损分析

基于机械系统动力学分析软件ADAMS建立了含多间隙曲柄滑块机构的动力学模型,利用冲击函数理论模拟间隙处的接触碰撞作用,详细研究了构件柔性和铰链间隙对机构系统动力学特性的影响,并应用Archard磨损模型对间隙运动副的磨损进行了预测。当考虑杆件柔性时,应用ANSYS程序创建连杆的有限元模型,取连杆的前五阶模态导入ADAMS中建立含柔性连杆的多间隙机构动力学模型并进行动力学仿真计算,结果发现,考虑杆件柔性时的间隙机构系统动态行为在很大程度上趋于理想机构,在曲柄转动一个周期的过程中间隙运动副除在几个特定的位置处发生了较大的碰撞外,轴销与轴套均保持连续接触,且预测所得的磨损量也较小。     

陶瓷零件低温挤压自由成形工艺挤压过程及液相迁移

水基陶瓷膏体低温挤压自由成形过程中,液相迁移对挤压过程和成形件的性能有重要影响。将挤压过程分为压实阶段、过渡阶段及稳定挤压阶段,基于Benbow-Bridgwater模型推导出各阶段的挤压力方程。采用单因素试验法研究了挤出速度、间隔时间和挤出喷嘴直径对水基陶瓷膏体挤压过程中液相迁移的影响。试验结果表明,增大挤压速度,采用大直径挤出喷嘴,缩短间隔时间,均能有效减小挤压过程中的液相迁移,提高成形质量。     

混合润滑条件下的斯特封高速摩擦与密封特性

为准确研究斯特封高速摩擦与密封特性,基于混合润滑理论,综合流体空化效应、密封接触变形和微观粗糙峰接触等因素影响,建立了斯特封摩擦与密封的数值计算模型.研究了往复运动速度和密封压力对油膜厚度、摩擦力和泄漏量的影响,搭建了往复密封试验台来验证模型的准确性.结果表明:计算摩擦力与实验摩擦力相近.混合润滑模型能更好地模拟高速柱...     

含多间隙副特高压断路器传动机构动力学特性研究

为研究间隙对特高压断路器传动机构动力学特性的影响,利用非线性弹簧-阻尼模型模拟了接触碰撞中的法向力,利用修正的库仑摩擦力模型模拟了接触碰撞中的切向力,建立了该机构含多间隙副的多体动力学模型。运用多体系统动力学软件ADAMS,在特定工况下对传动机构的合闸过程进行了动力学仿真分析。仿真结果表明,运动副间隙对传动机构位移影响较小,但对速度和加速度影响较大,且随着间隙增大,这种影响越显著,机构的运动稳定性越差。     

励磁作用下铁磁管道缺陷磁特性仿真

通过有限元法建立了管道直流磁化的三维模型,分析了励磁状态下铁磁材料的磁特性、缺陷附近材料的磁导率分布特征以及励磁强度、管道厚度、缺陷深度对磁导 率分布的影响。结果表明,饱和磁化后缺陷区域的磁导率分布并不均匀,励磁作用下内壁缺陷可引起外表面磁导率的改变,从而揭示了铁磁性管道内部缺陷检出机理,拓展了涡流检测方法的应用范围。     

面向数字化车间的介入式三维实时监控系统

为满足数字化转型过程中对监控系统日益增长的要求,研究了面向数字化车间的介入式3D实时监控系统,并建立了该监控系统的需求框架、体系结构和运行模式。研究了实现该监控系统的关键技术,建立了该监控系统的实时数据库的E-R-T模型。研究了该监控系统的3D场景模型优化技术,阐述了该监控系统的平移和旋转实现方法,提出了基于实时问答机制的介入式显示方法。该系统已成功应用于数字化车间桌面模拟平台,运行效果良好。     

基于能量密度法预测微动疲劳寿命

通过接触界面的应力应变场和临界平面法计算了能量密度损伤参数,结合疲劳试验得到了能量密度损伤参数-寿命关系曲线中的材料常数,建立了LZ50钢微动疲劳寿命的预测公式。根据裂纹萌生寿命预测效果,将Chen损伤值作为裂纹萌生控制参数。分析了摩擦因数、微动桥半径、循环载荷和微动桥压力对LZ50车轴钢的Chen损伤值的影响,以及CRH2型动车组空心车轴裂纹萌生的位置及寿命。