基于ANSYS的磁流变阀磁场分析

阐述了磁流变流体的磁流变特性及其Bingham模型,依据磁流变流体在磁场作用下的可逆、可控特性设计了磁流变阀。采用ANSYS有限元分析软件对设计的磁流变阀3种结构模型进行了磁场分析。研究磁流变阀的结构与磁流变流体的磁感应强度和磁流变阀性能的关系。分析结果表明:根据磁力线分布和磁感应强度大小合理设计磁流变阀结构,可使磁流变流体在相同外加电流条件下获得更高磁感应强度,提高磁流变阀的性能。     

Non-resonant vibration-assisted magnetorheological finishing

Nano-finishing of material surfaces is an important class of technology in precision manufacturing. This paper presents a non-resonant vibration-assisted magnetorheological finishing method for difficult-to-process materials. The aim is to enhance the shearing effects of the magnetorheological finishing. A two-dimensional vibration-assisted polishing device was developed, and the impact forces generated by the vibration could change the contact force during the experiments. A polishing force model that considered the vibration parameters was established, which could analyze the processing principles and explain the reason for the increase in shear force. Then, a set of processing experiments were carried out to study the effects of vibration parameters on the surface roughness and peak-to-valley value of silicon carbide samples. Finally, the relationship between the vibration parameters, surface quality, and polishing forces was studied. Theoretical calculations and experimental analyses show that the vibration could improve the shearing effects of the flexible polishing cluster. Meanwhile, a higher amplitude and frequency could raise the total shear force, which can lead to a better surface quality.     

磁射流抛光技术研究

磁射流抛光技术是一种新型的确定性精密抛光方法.磁射流抛光利用局部外加轴向磁场固化含有磨料的磁流变液射流,产生准直的硬化射流束进行相对远距离的确定性精密抛光.介绍了该工艺的工作原理,聚束射流形成的理论分析,并通过一系列实验验证了该工艺的优势.实验结果表明磁射流集束性好,对于抛光距离不敏感,因此在高陡度的凹形光学零件和内腔等复杂形面的确定性精密抛光中具有潜在的独特优势.     

新型电致活化材料—介电弹性体的驱动特性研究

为解决微型致动器、人造肌肉、仿生机器人等新型科技研究领域短缺问题,将电活性聚合物材料—介电弹性体应用于新型驱动器研究中,开展了对弹性体材料驱动特性的相关分析.通过实验研究了影响E-ACE材料激活区(电极涂层区域)面积应变的主要因素,以寻找激活区面积应变和这些影响因素之间的关系,进而根据它们之间的关系确定能获得所需激活区...     

基于Pareto集和Bingham模型的磁流变减振器多目标优化与试验验证

磁流变减振器和半主动悬架可以同时兼顾车辆操纵稳定性和行驶安全性,是目前汽车电子技术的研究热点。磁流变减振器的设计大多只考虑某一优化目标,基于Pareto集多目标方法和带精英策略的非支配排序遗传算法(the elitist Nondominated Sorting Genetic Algorithm,NSGA-Ⅱ),以阻尼力和动力可调系数为优化目标,设定7个优化变量,构建了车用磁流变减振器多目标优化模型与实现算法。分析了7个优化变量对阻尼力和动力可调系数的设计敏感性,并通过有限元分析和试验验证优化解的可靠性。研究发现:阻尼通道间隙对优化目标影响最大,最大阻尼力和最大动力可调系数呈负相关关系。该多目标优化计算的最优解满足实际工程需求,证明了提出的优化方法快速有效,为磁流变减振器的设计提供了可靠的工具。     

磁射流抛光时几种工艺参数对材料去除的影响

研究了磁射流抛光时几种工艺参数对材料去除的影响。首先介绍了磁射流抛光的原理和实验装置,然后从实验出发研究了磁射流抛光中材料的去除。利用标准的磁流变液进行了一系列定点抛光实验。重点研究了冲击角、工作距离、射流速度和磁场强度对抛光区形状和去除量的影响,获得了相应的关系曲线。运用计算流体力学方法分析了材料去除机理。为进一步研究磁射流抛光的各种参数的最佳匹配,实现磁射流抛光的数控加工奠定了基础。     

基于磁流变弹性体的汽车减振系统仿真分析

为了实现汽车减振效果实时可调,提高驾乘舒适性,采用了一种新型智能材料—磁流变弹性体(MRE)作为汽车悬架系统的核心材料,运用Matlab Simulink软件建立了汽车减振系统仿真模型,并相应建立了实验装置,通过计算获得了该系统模型在不同磁场下的等效阻尼和等效刚度,对其减振效果进行了仿真和实验分析。研究结果表明,磁流变弹性体应用于汽车减振系统有效并可以实现减振效果可调。     

Effect of extrusion pressure and number of finishing cycles on surface roughness in magnetorheological abrasive flow finishing (MRAFF) process

Magnetorheological abrasive flow finishing (MRAFF) was developed as a new precision finishing process for complicated geometries using smart magnetorheological polishing fluid. This process introduces determinism and in-process controllability of rheological behaviour of abrasive laden medium used for finishing intricate shapes. Magnetorheological polishing (MRP) fluid is comprised of carbonyl iron powder and silicon carbide abrasives dispersed in a viscoplastic base of grease and mineral oil and exhibits change in rheological behaviour in presence of external magnetic field. This smart behaviour of MRP fluid is utilized to precisely control finishing forces. The process performance in terms of surface roughness reduction depends on process variables like hydraulic extrusion pressure, magnetic flux density in the finishing zone, number of finishing cycles, and composition of MRP fluid. In the present work, experiments were conducted on a hydraulically powered MRAFF experimental setup to study the effect of extrusion pressure and number of finishing cycles on the change in surface roughness of stainless steel grounded workpieces. A new observation of “illusive polishing” action with the initial increase in number of finishing cycles is reported. The actual finishing action is possible only after removal of initial loosely held material remaining after grinding.     

Note: real time control of a tunable vibration absorber based on magnetorheological elastomer for suppressing tonal vibrations

An adaptive tunable vibration absober based on magnetorheological elastomer (MRE) is designed as an intelligent device for auto-tuning itself to the time-varying harmonic disturbance force to reduce the unwanted vibration of the primary system in the steady state. The objectives of this note are to develop and implement a continuous control method for a MRE tunable vibration absorber (TVA) and to evaluate its performance in suppressing time-varying tonal vibrations. In the proposed control, the stiffness of MREs is continuously varied based on a nonlinear tuning function that relates the response of the system to the input magnetic field density. Through experiments, it will be shown that the proposed MRE TVA reduces in real time the transmission of a time-varying excited vibration of 48-55 Hz, which shows the potential applicability of the MRE in reducing unwanted vibration to precision devices.     

正弦曲面磁流变抛光的收敛比与斑参数的关系研究

以二维正弦曲面为加工对象,采用反转变换的加工方法,研究了磁流变抛光斑的长度、宽度以及峰值去除率等参数对周期面形收敛能力的影响.仿真结果显示,当抛光斑的宽度小于空间周期一半时,收敛比大于2,获得较好的加工效果.     

介电弹性体发电机机电转换的非线性方法研究

针对介电弹性体(DEG)研究中存在的效率瓶颈问题,对DEG机电能量转换方法进行了研究,提出了一种非线性DEG机电能量转换方法,并通过分析其基本机理,建立了非线性方法的理论模型和Matlab/Simulink仿真模型,对负载电阻值及翻转品质因子对机电转换效率的影响进行仿真。通过优化材料、机械传动结构、电路各元件参数配置及开关通断时间,提高了翻转品质因子Q,减少了电容电感串联形成电压翻转而造成的能量损失,进一步提高了机电效率。研究结果表明,通过对标准机电转换方法和非线性机电转换方法的比较,由于非线性转换环节的作用,使DEG两端电压的振幅大幅度提升,沿电压轴方向扩展了能量环,从而使DEG机电转换效率提高2.5倍;该研究结果对DEG的深入研究具有重要的意义。     

磁流变抛光对熔石英激光损伤特性的影响

为进一步提升熔石英元件的激光损伤阈值,研究了氢氟酸(HF)动态酸刻蚀条件下磁流变抛光工艺对熔石英元件激光损伤特性的影响规律。首先,采用不同工艺制备熔石英元件,测量它们的表面粗糙度。然后,采用飞行时间-二次离子质谱法(OF-SIMS)检测磁流变加工前后熔石英元件中金属杂质元素的含量和深度;采用1-on-1方法测试激光损伤阈值,观测损伤形貌,并对损伤坑的形态进行统计。最后,分析了磁流变抛光工艺提升熔石英损伤阈值的原因。与未经磁流变处理的熔石英元件进行了对比,结果显示:磁流变抛光使熔石英元件的零概率激光损伤阈值提升了23.3%,金属杂质元素含量也显著降低,尤其是对熔石英激光损伤特性有重要影响的Ce元素被完全消除。得到的结果表明,磁流变抛光工艺能够被用作HF酸动态酸刻蚀的前道处理工艺。     

基于分体悬挂式球形线圈的质子矢量磁场测量仪

为解决座钟式矢量磁力仪长期稳定性差,以及一体化悬挂式球形分量线圈相互干扰、分量噪声大等实际问题,提出了基于分体悬挂式球形线圈的质子矢量磁场测量仪,详细介绍其测量原理及仪器结构。 此外设计了低成本简易观测仓,两套样机在蒙城地震台开展了一年的对比观测实验。 结果表明,仪器Ⅰ总强度、水平分量和磁偏角噪声为 0. 23 nT、0. 24 nT、2. 97″,仪器Ⅱ为 0. 28 nT、0. 26 nT、3. 29″,均优于台网平均噪声水平,其中仪器Ⅰ总强度和水平分量噪声优于台网最低噪声。 两套仪器水平分量基线偏离最大为 6. 5 nT、4. 7 nT,磁偏角基线偏离最大为 0. 67′、0. 54′,明显小于座钟式磁力仪平均水平,具有良好稳定性。     

基于MEMS技术的微型分光光度计

研制出了一种采用微硅片对准技术和微硅片狭缝的新型微型分光光度计。采用MEMS工艺制造出了体积小、精度高的微硅片对准机构和微硅片狭缝,并且对其性能进行了分析和论证。同时对影响分光光度计线性度精度的样品池的光学特性进行了分析,推导出了透射光强与样品池的折射率、被探测介质的折射率关系式,并进一步分析因折射率引起光强的变化对吸光度的影响。实验结果表明,该微型分光光度计可以分辨出介质折射率相差0.01介质,同时参比介质的不同仅仅对A-C曲线产生平移,而对相关系数和斜率无任何影响,通过对实验数据的计算得到以空气和蒸馏水两种折射率的介质为参比时的系统相关系数都大于0.999,说明所研制的基于MEMS技术的微型分光光度计具有高度显著线性相关性。     

基于磁流变原理的变刚度驱动方法研究

针对机器人关节变刚度驱动的功能需求,提出了一种基于磁流变原理的变刚度驱动方法,该方法利用旋转式磁流变阻尼器力矩可控且响应速度快的特点,结合伺服电机与旋转式磁流变阻尼器,构成变刚度驱动器.基于变刚度驱动器构型,分析了变刚度驱动原理.完成了用于变刚度驱动器的旋转式磁流变阻尼器的设计,获取了阻尼器的力矩值与磁动势值.基于变刚...     

基于高斯牛顿迭代算法的三轴磁强计校正

三轴磁强计存在各轴刻度因子、零偏和轴间非正交性误差,需要研究其校正方法。基于标量校正法思想,对磁强计校正模型进行了推导,提出基于高斯牛顿迭代法的磁强计校正方法。采用高精度质子磁力仪提供磁场基准值。借助无磁转台转动磁强计,转动过程中磁强计连续采样,测量数据更具代表性和实用性。仿真结果表明,磁强计误差从162.135 nT降低到1.467 nT。实验结果表明,校正后,磁强计绕3个轴转动的测量值误差分别从1133.887 nT、1317.554 nT、1303.994 nT降低到36.964 nT、20.922 nT、15.664 nT。表明该方法能有效降低磁强计测量误差,磁强计精度明显得到提高。     

基于铯光泵磁力仪的地震地磁矢量测量系统

为解决地震地磁矢量观测中质子矢量磁力仪噪声大,长期观测中存在明显漂移,磁通门磁力仪温度效应明显,保温磁房投入大等问题,研制了基于铯光泵磁力仪的地震地磁矢量测量系统,本文详细介绍了其测量原理及仪器结构,设计了混合分量线圈装置,并开展了稳定性分析。研制的样机在蒙城地震台开展了观测实验。结果表明,实验期内记录良好,采样率达到1 Hz, 1月份总强度、水平分量和磁偏角月噪声分别为0.01 nT、0.02 nT和0.003′,优于地震地磁观测基本网质子矢量磁力仪最好噪声水平,也优于同场地两台磁通门磁力仪的噪声水平和基准网的平均噪声水平。其实验期内水平分量和磁偏角最大漂移分别为1.3 nT和0.16′,小于座钟式质子矢量磁力仪基线漂移,具有良好的稳定性。     

基于无迹卡尔曼滤波和设备的三轴磁强计校正

采用无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter,UKF)磁强计模型参数估计方法,提出对三轴磁强计的总量及分量误差进行校正。采用高精度质子磁力仪提供磁场基准值,借助无磁转台实现磁强计全方位转动,对一款DM-050三轴磁强计进行了参数估计,并将参数估计值运用到总量和分量校正。仿真结果表明,参数估计值与磁强计实际参数值一致。校正后,磁强计总量误差从427.9 nT减少到2.06 nT;X、Y、Z轴分量误差分别减少到1.84 nT、1.96 nT、1.72 nT。而且证明了UKF对磁强计模型参数估计的重复性良好,并研究了噪声幅度大小对UKF的性能影响程度。实验结果表明,磁强计误差从114.94 nT减少到14.47 nT,表明该方法能有效提高磁强计测量精度。     

基于MEMS的微介电液滴冲击冷却系统

热控制是集成电路设计中需要解决的关键问题.随着特征尺寸以及封装密度的增加,目前的封装冷却技术将很快不能适应.介绍了基于MEMS的微介电液滴冲击冷却系统,用于集成芯片的冷却,并提出了相应的实验平台.     

Analysis and experiment of controllability of magnetorheological fluids based on micro-pipeline

The controllability of the magneto-rheological fluid (MRF) flowing through a micro-pipeline is analyzed. The coupled formulas for MRF are deduced by analyzing the property of the flow field and magnetic field. Then, the relationship between the flow speed of MRF and the special shear stress under the effect of the magnetic field is founded. The model of the MRF and micro-pipeline is established by using multi-physics software of Comsol, the curve of V - A in an ideal condition is attained by modifying parameters, and by adding the boundary condition of the model. This paper provides a theoretical proof of the controllability of MRF flowing through the micro-pipeline and explores MRF’s application on the micro-drive and control field.