基于转动支承梁式的光纤光栅低频加速度传感器

为了实现低频振动的高灵敏度测量,设计了一种基于转动支撑梁的新型光纤布拉格光栅加速度计。 通过分析其振动 模型和 MATLAB 数值计算,优化了传感器的结构参数,设计传感器理论灵敏度为 1 725 pm / g,固有频率为 68. 4 Hz。 同时通 过 COMSOL 模拟分析传感器的动态特性,其模拟结果与理论分析吻合。 频响特性和幅值特性实验结果表明光纤光栅加速度 计在加速度 0 ~ 2 g、工作频率 0. 5 ~ 20 Hz 的范围内,传感器加速度特性曲线呈现良好线性关系,灵敏度高达 1 495. 2 pm / g,重 复性良好。 该传感器结构简单紧凑,轴承结构有效减少悬臂梁振动过程中的弹性能耗,可显著提高其灵敏度,能够实现低频 振动信号的探测。     

基于MEMS技术梁膜结合压阻式加速度计的设计

提出了一种压阻式加速度计的新结构模型,采用梁膜结合结构方式,提高了低量程微硅压阻式加速度计的固有频率,减小了挠度对加速度计输出线性度的影响.通过有限元ANSYS仿真软件对结构模型进行静态和模态分析,发现在相同的负载条件下,新结构与传统结构相比,其固有频率平均提高了39%,挠度平均下降了39%,并对影响灵敏度、固有频率等主要指标的因素讨论分析,确定传感器的电阻分布和结构参数,对其结构进行优化.最后设计了版图及一套可行的工艺流程,采用各向异性化学腐蚀技术在单晶硅上制作压阻式加速度计,并与玻璃衬底阳极键合,从而提高加速度计的可靠性.该加速度计具有小尺寸、高频响、高精度的优点.     

三角剪切型压电加速度传感器固有频率计算及优化北大核心CSCD

针对应用于高温环境的剪切型压电加速度传感器,建立了固有频率的计算模型,研究了刚度和几何结构参数对加速度传感器固有频率的影响。研究结果表明:该模型计算结果和有限元仿真结果基本一致。三角支柱的法向刚度对传感器整体刚度的影响最大。中心支柱的几何尺寸对固有频率影响最大,质量块的长宽以及压电片高度对固有频率也有较大影响。优化后的传感器实物样品,固有频率较优化前实现了约20%的提升,符合理论变化趋势。该计算模型和计算结果有助于优化三角剪切型压电加速度传感器。     

传递矩阵法分析FBG加速度计的动态性能

为了分析基于柔性铰链的FBG(fiber Bragg grating)加速度计的力学传递关系和动态性能,建立了加速度计的传递矩阵法力学模型。柔性铰链主要考虑其变形而忽略质量影响,应用材料力学相关理论建立其传递矩阵。质量块主要考虑其刚体运动而忽略变形,应用理论力学相关理论建立其传递矩阵。通过分析计算,设计了一种灵敏度高于29pm/g,固有频率约为1950Hz的加速度计。测试结果表明该加速度计的灵敏度高于26pm/g,固有频率约为1850Hz。实验结果表明了所建模型的正确性。     

加速度传感器壳体结构的动力学特性分析

针对壳体结构的动力学特性限制加速度传感器动态工作性能的问题,对一种大gn值、高频响加速度传感器的壳体结构进行了动力学特性分析。在振动理论基础上,应用有限元分析软件ANSYS对壳体进行了动力学仿真分析,并利用振动台试验装置进行验证,结果表明壳体的固有频率低于传感器的上限工作频率。据此对壳体结构进行改进,使其动力学特性得到明显改善,提高了加速度传感器的动态特性。     

压阻式高固有频率Z轴加速度敏感结构

基于微机电系统(MEMS)技术的加速度传感器因其性价比高、易于集成化而得到广泛应用,但在普通MEMS加速度敏感结构中仍然存在灵敏度和固有频率相互制约的弱点。为此,文中优化设计了一种压阻式新型加速度敏感结构,该结构在弹性梁加质量块的基本结构上引入了敏感微梁,在保证高灵敏度的同时,显著提高了固有频率。其灵敏度与固有频率的乘积可比普通MEMS加速度计提高25倍以上。     

一种大厚度的三轴差分电容式硅微加速度计

介绍了一种新型三轴全差分电容式加速度计的设计和制备。设计的加速度计采用了三个共用同一玻璃衬底的大厚度差分电容式微结构，分别用于检测三个垂直方向的加速度。同时，对所设计的微结构从理论和数值上进行了详细的分析。用有限元分析工具ANSYS对器件进行了模拟，模拟结果显示出器件设计的合理性。最后，给出了制备工艺和测试结果。     

孔缝双桥结构高性能压阻式加速度传感器

针对装备智能化与监测系统无线化发展对振动传感器的要求,基于微机电系统和应力集中技术,提出并研制一种具有孔缝双桥结构的高灵敏度、高固有频率的压阻式微型加速度传感器。结合理论分析与数值计算方法,分析该结构的特性,通过研究孔缝尺寸对传感器性能的影响确定传感器敏感结构尺寸。传感器芯片采用微细加工工艺制作,并在简单的封装之后进行静态、动态性能测试。试验结果表明,孔缝双桥结构加速度传感器在3 V供电电压下,灵敏度可达到0.424 mV/g,相对传统双桥结构提高了60%以上,而测得的固有频率相对于传统双桥结构仅略有下降,仍在10 kHz以上。孔缝双桥结构加速度计通过引入应力集中孔缝,以较小的固有频率损失,明显提高了传感器的测量灵敏度,具有更为优良的综合性能。     

铰链式高冲击微加速度传感器封装的有限元模拟

给出了一种新型铰链式高冲击微加速度传感器实际封装结构的有限元模拟分析。首先分析了封装前铰链式加速度传感器的振型,然后分析了封装结构在无灌封和五种不同灌封材料下的前十阶模态频率特性。灌封胶弹性模量对封装后加速度传感器整体结构的振动模态有一定的影响,封装结构同一振型的模态频率随着灌封胶弹性模量的增大而增大,但是灌封胶弹性模量很小时(E≤1 GPa)会导致加速度传感器信号失真。模拟结果表明,可以选择弹性模量足够高的材料(E>9 GPa)作为高冲击加速度传感器的灌封材料。     

柔性铰链的3种模型计算和分析

在微位移工作台中,柔性铰链作为主要传递压电陶瓷给进位移的关键部件,对柔性铰链的性能分析显得至关重要.文中主要研究了直圆弧形柔性铰链的半径、最小铰链厚度等结构尺寸参数对柔性铰链转动刚度的影响,分析了3种不同模型计算结果之间的差别.同时运用ANSYS11.0分析了单柔性铰链的刚度并且和3种模型计算结果相比较,得出了它们之间的差别.通过以上的分析可以得出,在直圆弧形柔性铰链的半径和最小铰链厚度之比在t/R∈(0,0.8)时,采用Paros和Weisbord简化模型(PW简化模型)可以简便计算柔性铰链的刚度.该方法对实际设计柔性铰链具有重要的意义.     

Development of multiple performance indices and system parameter study for the design of a MEMS accelerometer

For the design of a MEMS accelerometer, proper performance indices should be defined and employed. Performance indices are obtained using either an experimental method or a numerical method. In the present study, a vibration analysis model of a MEMS accelerometer is introduced to calculate three performance indices: sensitivity, measurable acceleration range, and measurable frequency range. The accuracy of the vibration analysis model is first validated by comparing its modal and transient results with those of a commercial finite element code. Measurable acceleration and frequency ranges versus allowable errors for electrical and mechanical sensitivities are obtained and the effects of system parameter variations on the three performance indices are investigated.     

高量程加速度计的力学性能分析

提出一种计算加速度计灵敏度和频率的改进方法。该方法在计算微结构的灵敏度和频率时考虑质量块的变形及梁的质量。得到的结果表明，当梁与质量块的厚度比变得较大时，梁的上表面的最大拉应力值不再等于最大压应力值。该方法计算得到的频率和忽略质量块变形与梁质量所得到的频率与ANSYS模拟相比，偏差由90％下降到15％。最后进行了静态测试，结果与改进模型基本相符。     

Crack detection in beams using experimental modal data and finite element model

In this paper, an analytical, as well as experimental approach to the crack detection in cantilever beams by vibration analysis is established. An experimental setup is designed in which a cracked cantilever beam is excited by a hammer and the response is obtained using an accelerometer attached to the beam. To avoid non-linearity, it is assumed that the crack is always open. To identify the crack, contours of the normalized frequency in terms of the normalized crack depth and location are plotted. The intersection of contours with the constant modal natural frequency planes is used to relate the crack location and depth. A minimization approach is employed for identifying the cracked element within the cantilever beam. The proposed method is based on measured frequencies and mode shapes of the beam.     

一种六维加速度传感器的测量属性分析*

本文研究的六维加速度传感器为并联机构,旨在用于低频作业装备下的小量程加速度测量。为了能够准确地获取传感器的测量属性,采用并联机构的守恒转换的方法求解传感器的刚度矩阵,通过对传感器的简化建立系统的无阻尼自由振动模型,获得传感器固有频率求解的理论表达式,对双悬臂梁弹性元件进行分析,计算获得悬臂梁弯曲应力与上平台加速度加载的关系曲线,利用有限元分析仿真确定传感器的测量范围,经过实验验证,证明该传感器在16 Hz,x轴方向0~10 m/s2的加载状态下传感器测量电压与加速度加载量之间具有良好的线性关系,传感器的线加速度精度为1.3%。     

Lightweight design of an electric bus body structure with analytical target cascading

Lightweight designs of new-energy vehicles can reduce energy consumption, thereby improving driving mileage. In this study, a lightweight design of a newly developed multi-material electric bus body structure is examined in combination with analytical target cascading (ATC). By proposing an ATC-based two-level optimization strategy, the original lightweight design problem is decomposed into the system level and three subsystem levels. The system-level optimization model is related to mass minimization with all the structural modal frequency constraints, while each subsystem-level optimization model is related to the sub-structural performance objective with sub-structure mass constraints. To enhance the interaction between two-level systems, each subsystem-level objective is reformulated as a penalty-based function coordinated with the system-level objective. To guarantee the accuracy of the model-based analysis, a finite element model is validated through experimental modal test. A sequential quadratic programming algorithm is used to address the defined optimization problem for effective convergence. Compared with the initial design, the total mass is reduced by 49 kg, and the torsional stiffness is increased by 17.5%. In addition, the obtained design is also validated through strength analysis.     

AP1000核电站余热排出热交换器的抗震性能分析

建立了核电站余热排出热交换器的动力模型,通过管梁单元、集中质量单元、弹簧单元及刚性梁连接单元等较准确地模拟了设备结构的动力特征,同时通过等效密度的修正考虑了液体及水动力附加质量的影响.通过反应谱动力分析和等效静力分析方法相结合,综合考虑了低阶模态的动态反应和高阶模态的静态反应,得到了安全停堆地震(SSE)工况下结构内的...     

有限单元法在液浮摆式加速度计动态结构分析中的应用

本文采用有限单元法对液浮摆式加速度计在过载—振动复合环境中的动力学特性进行研究,对浮子组合件进行了模态和谐态分析计算,得到了复合载荷下检测质量的附加漂移数据,从而为建立加速度计的动态误差模型提供了依据。     

簧片式硅弹性膜应力分布的计算和加速度传感器的优化设计

为了提高我们已研制成功的新型簧片式硅加速度传感器的性能,用有限元法计算了不同形状和尺寸的质量块在４０ｇ值加速度作用下产生的应力分布,使我们优选了最佳的质量块设计方案,显著地提高了灵敏度,取得了与理论计算符合得很好的实验结果。     

基于多目标优化的氢燃料电池客车车身骨架轻量化设计

以某公司生产的10m氢燃料电池客车为研究对象,建立氢燃料电池客车车身骨架的有限元模型,并完成了四种典型工况静力学分析和模态分析,得到了车身骨架的应力应变分布和模态频率.然后将全部骨架分组处理,以厚度为设计变量,进行了灵敏度分析,根据灵敏度分析的结果,筛选出对骨架性能响应不敏感,但是对质量响应比较敏感的部件,完成了以厚度...     

薄壁深沟球轴承负荷分布及寿命研究

经典滚动轴承负荷分布的研究大多基于刚性套圈支承的假设,但用于柔性套圈支承的薄壁轴承存在较大误差。基于有限元分析软件ANSYS建立了薄壁深沟球轴承三维有限元分析模型,考虑外圈受载后弯曲变形对滚动体负荷分布的影响,分析载荷参数,轴孔配合间隙及滚动体个数等对轴承滚动体负荷及寿命的影响规律,分析结果与实验结果吻合度较高,说明运用该有限元方法对柔性支承套圈轴承进行性能分析是合理的,为进一步的性能分析及结构优化提供可靠的参考依据。