多稳态力学超材料带隙特性及调控研究

多稳态力学超材料具有多重稳定状态和几何重构特性,在变形吸能和能带调控等方面有重要的研究价值.本研究提出了一种多稳态力学超材料.该超材料是由具有双稳态特性的曲杆和相关实体支撑结构组成.结合有限单元法和布洛赫定理,计算了结构的能带结构,分析了不同稳态条件下结构的带隙特性,得到了几何参数对结构带隙的影响规律,并研究了由5×5个单胞组成的阵列结构中部分单胞变形时,整体结构的传输率.研究发现,双稳态连杆的变形状态可显著改变结构的带隙,尤其是在低频范围内产生了更宽的带隙.整体结构中局部一行或一列单胞变形即可在该方向对应带隙频率范围内实现弹性波传播的衰减.     

圆柱壳弹性波超材料分级排列的带隙拓宽方法研究

圆柱壳弹性波超材料的弯曲波带隙拓宽问题限制其满足实际工程中的宽频隔振要求,针对该问题,本文首先研究了基于局域共振机理的圆柱壳弹性波超材料弯曲波带隙特点,研究局域谐振器质量和弹簧劲度系数的关系,然后将周期分级排列的组合方式应用于圆柱壳类弹性波超材料的带隙拓宽中,并利用有限元法进行能带结构和振动传输特性计算.研究结果显示：该方法可实现弯曲波带隙的拓宽;利用组合法构建的轴向周期分级排列圆柱壳弹性波超材料可实现705-1226Hz频率范围内弯曲波的高效衰减,带隙拓宽至分别为单一谐振器的2.55倍,这表明该方法在宽频减振方面具有明显优势,应用前景广阔.     

BiCMOS带隙基准源的设计

设计了一款具有高稳定性,低功耗的带隙基准源,采用1.5μm B iCMOS工艺制造,在-40℃~100℃它们的平均温度系数为29×10-6/℃,电源电压抑制比为60dB。在电源电压为3.7V的情况下工作功耗为144μW,低功耗高精度的特性使它非常适合在混合信号设计的IC中应用。     

一种二阶曲率补偿带隙基准的设计

针对高压电源芯片的需要,提出了一种二次曲率补偿的带隙基准源.该电路在传统带隙基准结构的基础上,利用Bipolar管的电流增益随温度呈指数变化的规律,对带隙基准进行高阶温度补偿.该电路具有温度补偿精度高、电路结构简单且能输出高电位电压基准等优点.采用40VBiCMOS高压工艺流片,仿真用Cadence软件中的spectre工具,流片后测试结果为,工作电源电压±12V,输出电压为-10.78V,在-55℃～125℃范围内,温度漂移系数为2.5ppm/℃,在20kHz时基准源输出电源抑制比为100dB.     

压电超材料单元设计及在弹性梁减振中的应用

超材料是将不同性质的材料按照某种规律组合在一起形成的一种周期材料.由于其对弹性波的传递会产生带隙效应,因此在噪声控制、减振隔振等领域得到重视.本文设计了一种压电超材料,通过压电材料元胞的周期性排列,产生频率带隙,以获得减振效果.结构尺寸及厚度小,可以粘贴在主结构上.首先分析了设计的压电超材料色散特性;其次,利用压电超材料对悬臂梁结构进行了减振研究,分析了若干个元胞组成的压电超材料对梁振动能量的调控,并结合压电片上的电压曲线;最后,研究了分流电路中的电阻值和电感值对压电超材料梁减振特性的影响.提出此类压电超材料的进一步改进方向.     

带曲率补偿的带隙基准电流源的设计

简单介绍了带隙基准源的基本原理,给出了一款基于Widlar结构的带曲率补偿的带隙基准电压电流源的设计方法,通过采用TSMC₀.5μm工艺库对电路进行仿真,在-40～150℃的温度范围内,其带隙基准的输出具有12ppm/℃的温度系数,电流基准的输出具有42ppm/℃。此外,文中还对曲率补偿电路的工作原理进行了分析,并且通过仿真波形对曲率补偿的工作机制进行了讨论。     

一种低功耗高精度带隙基准的设计

基于U MC 0.25μm BCD工艺,在传统带隙基准结构的基础上,设计了一种具有低功耗、高精度的基准,同时利用N MOS管工作在亚阈值区域时漏电流和栅极电压的指数特性,对基准温度特性曲线进行二阶补偿。仿真结果表明,电源电压5V时,静态电流功耗为3.16μA;电源电压2.5 V~5.5 V,基准电压变化53μV;温度在-40℃~130℃内,电路的温度系数为0.86×10-6/℃;三种工艺角下,低频时电路电源抑制比都小于-95 d B。     

一种比较启动Brokaw带隙基准电压设计

在分析比较启动结构工作原理的基础上,设计了一种比较启动Brokaw带隙基准电压电路.该电路结构简单,性能优异,可以实现启动带隙基准电压电路和低压关断功能.Specture仿真结果表明,其启动结构可以实现低于0.83V自关断.在-40℃～85℃温度范围内,得到1.204V带隙基准电压,102dB电源抑制比,2.088ppm/℃温度系数.     

一种CMOS带隙基准源的设计与仿真

分析了传统带隙基准源的基本原理,并在此基础上一款CMOS带隙基准源电路。该电路基于UMC0.18μm CMOS工艺设计,利用cadence软件进行仿真。仿真结果表明,CMOS带隙基准源稳定输出电压1.22V,该电路在温度从-50-100℃进行扫描,其变化率为10.7ppm/℃,电源电压在1.7V-1.9V范围内发生变化时帯隙基准源输出电压变化很小。     

负泊松比蜂窝夹层板的多周期运动研究

发展高维Melnikov方法研究含参非线性动力系统的多周期解分岔问题,并应用于研究负泊松比蜂窝夹层板的多周期运动等复杂非线性动力学行为.通过建立曲线坐标与Poincaré映射,发展适用于四维含参非线性动力系统的Melnikov函数,获得系统多周期解的存在性及个数判定定理.将所得理论结果应用于研究面内激励与横向激励共同作用下负泊松比蜂窝夹层板的多周期运动,获得系统周期轨道的存在性、个数及相应的参数控制条件.探讨横向激励系数对系统动力学行为的影响,得到在一定参数条件下,系统最多存在4个周期轨道,并利用数值模拟方法给出其相图构型,验证理论结果的正确性.     

多夹心层蜂窝板动力学特性分析与仿真

蜂窝夹层板广泛的应用在航空航天领域，蜂窝夹层板的动力学特性分析是一重要的课题。由于蜂窝板是一种结构型材料，无法直接给定其物理参数，因此该文首先研究了蜂窝板的三明治等效模型，应用该等效模型对蜂窝板夹芯进等效计算，得到了等效物理参数。利用这些参数建立了多夹心层蜂窝板的有限元模型，完成了不同算例在不同边界条件下的振动仿真，得到了各阶模态频率和振型的可视化仿真结果。将仿真结果与解析解对比说明，等效模型是合理的，且能很方便地处理多夹心层蜂窝板，可进一步推广至其他多夹心层蜂窝板结构的分析当中。     

Efficient simulation of low-velocity impacts on composite sandwich panels

For efficiently simulating the damage resistance of sandwich panels subjected to low-velocity impacts, the finite element based damage tolerance tool CODAC has been enhanced. While sandwich structures are very weight efficient and provide integrated acoustic and thermal insulation, impact damage can provoke a significant strength and stability reduction. Therefore, the objective of CODAC is to provide methodologies which reliably simulate impact events and predict impact damage sizes. Since frequent design loops require a quick analysis, efficient deformation and failure models are desired. To achieve a rapid and accurate stress analysis, a recently developed three-layered finite shell element is applied. Failure analysis is based on a progressive damage mechanics approach: Damage initiation is detected by stress-based failure criteria. Material resistance is reduced by appropriate, step-wise linear degradation models. An experimental impact test program on honeycomb sandwich panels is used to validate the impact simulation of the FE-tool CODAC. Comparisons between impact tests and simulations showed that CODAC is capable of accurately and rapidly simulating impact events, which induce barely visible damage. Furthermore, the onset of clearly visible damage is correctly predicted.     

系留气球压差与球体应力变化关系研究

针对系留气球球体压差变化和球体应力变化之间的关系进行研究.对球体受力情况进行简化,采用微元受力分析的方法进行应力分析,得出球体应力的理论解.采用有限元软件对无附加结构的球体进行应力分析并同球体应力的理论解进行对比,验证了有限元软件计算结果的可靠性.利用有限元方法在不同压差情况下对球体应力进行分析,确定了其高应力区域的范围和数值.需要指出的是采用膜单元比采用通常的薄壳单元进行应力分析更贴近实际情况.上述结果为球体气囊的结构设计、强度设计提供依据.     

二维差动电容式传感器的优化设计

将有限元法与最优化设计方法有机地结合起来,对二维差动电容式传感器的输出特性进行理论分析,并对传感器的结构参数进行最优化设计,给工程应用提供可靠的理论依据。     

Refined sandwich model for the vibration of beams with embedded shear piezoelectric actuators and sensors

This work extends a previously presented refined sandwich beam finite element (FE) model to vibration analysis, including dynamic piezoelectric actuation and sensing. The mechanical model is a refinement of the classical sandwich theory (CST), for which the core is modelled with a third-order shear deformation theory (TSDT). The FE model is developed considering, through the beam length, electrically: constant voltage for piezoelectric layers and quadratic third-order variable of the electric potential in the core, while mechanically: linear axial displacement, quadratic bending rotation of the core and cubic transverse displacement of the sandwich beam. Despite the refinement of mechanical and electric behaviours of the piezoelectric core, the model leads to the same number of degrees of freedom as the previous CST one due to a two-step static condensation of the internal dof (bending rotation and core electric potential third-order variable). The results obtained with the proposed FE model are compared to available numerical, analytical and experimental ones. Results confirm that the TSDT and the induced cubic electric potential yield an extra stiffness to the sandwich beam.     

The Galerkin element method applied to the vibration of rectangular damped sandwich plates

The Galerkin element method (GEM), which combines Galerkin orthogonal functions with the traditional finite element formulation, has previously been applied successfully to the vibration analysis of damped sandwich beams, and an improved iteration method was developed for its eigen solution. In the current paper, this promising method is extended to the vibration of damped sandwich plates. A quite different model is formulated which has both nodal coordinates and edge coordinates, while in the case of beams, there are only nodal coordinates. Displacement compatibility over the interfaces between the damping layer and the elastic layers is taken account of in order to ensure a conforming element and thereby guarantee good accuracy. The seed matrix method is proposed for simplifying the building of the element mass, stiffness and damping matrices. Numerical examples show that the application of the GEM to sandwich plate structures is computationally very efficient, while providing accurate estimates of natural frequencies and modal damping over a wide frequency range.     

基于JSTAMP/NV的中厚板冲压回弹分析

由于中厚板在冲压成型过程中的应力分布特点与常规薄板冲压有所不同,因此以JSTAMP/NV提供的解决方案为例,探讨中厚板回弹分析中单元类型和材料模型等关键参数的设定.利用JSTAMP/NV提供的解决方案对料厚为7 mm的某铁路货车梁进行回弹仿真,并使用专用于中厚板回弹分析的参数设定,结果表明仿真结果与试验结果吻合良好。     

基于有限元模型的连铸坯感应加热过程仿真

研究连铸坯感应加热控制过程,提高电热效率和满足连铸坯轧制温度.为了能够直观、准确地获得感应加热过程的温度分布规律,采用计算机数值仿真技术对感应加热过程进行仿真.以某钢铁厂热连轧连铸坯感应加热过程为例,利用有限元分析软件ANSYS建立感应加热模型,再现了连铸坯经过两个感应器的加热过程,并获取了钢坯内部关键点的温度变化数据.结果表明有限元数值仿真与实际相符,可为感应加热装置的优化设计和智能控制提供重要依据.