D-UAV旋翼结构动力学数值计算研究

为了得到旋翼升力与旋翼直径、桨叶角以及主轴转速之间的关系,以指导折叠翼无人飞行机器人的结构设计,采用正交试验法设计试验工况,在Fluent流体计算软件中进行数值计算,对计算结果加以分析;采用奇异值分解的最小二乘拟合算法处理试验数据,得出旋翼升力与旋翼系统参数之间的拟合公式;将拟合公式计算出的变形量理论值与对应试验值进行比较,结果表明：在试验涉及的桨叶角α∈[8.3°,14.3°]、主轴转速n∈[2 000 r/m in,4 000 r/m in]、旋翼直径d∈[480 m m,640m m]的范围内,检测误差不超过1.5%。     

静电陀螺仪空心球转子变形分析及优化设计

用解析法描述了转子的非球形。介绍了静电陀螺仪空心球转子的结构,并利用有限元分析软件根据工作环境的不同对转子进行了静态变形、动态变形和综合变形的仿真分析,得出了球转子的变形规律及变形量。对转子的结构参数进行了优化,得出了球形转子加工所需的压力值。     

纳米级润滑膜的粘度修正与薄膜润滑计算

根据纳米级润滑膜的试验测试结果提出薄膜润滑状态的粘度修正公式 ,并在此基础上建立了润滑膜厚度计算的数值计算方程。将该数值计算结果与弹流理论计算值和试验值进行对比表明 ,在薄膜润滑条件下 ,膜厚与速度和润滑油粘度的关系与弹流润滑计算结果相差较大 ,可明显看出弹流润滑向薄膜润滑的过渡 ,所提出的粘度修正式与试验结果则有较好的一致性     

基于球Bessel函数的钢球温度分布均匀化时间计算

推导了球体的热传导方程,采用球Bessel函数给出了球体热传导方程的解,实例分析不同半径球体热处理过程中的温度变化情况,通过试验并作图,得出了用于计算不同半径球体温度均匀分布所需的时间拟合公式。结果表明:球体温度均匀分布时间为半径的二次函数,采用拟合公式计算的误差为0.6%;球体表面温度变化比中心剧烈,表面细小裂纹容易导致球体开裂。     

薄膜润滑的微极流体模拟

基于向列相润滑分子作用下薄膜润滑的有序模型,利用微极流体（Micropolar fluids）理论分析薄膜润滑的润滑特性,探求薄膜润滑的基本规律。结果表明,薄膜润滑下的摩擦学性质介于弹性流体动力润滑和边界润滑之间,弹流理论不能很好预测膜厚随工况参数的变化情况,而微极流体理论结果和试验值有较好的一致性。薄膜润滑下有序分子的存在所起作用相当于提高润滑剂的粘度,能够增加润滑油膜的厚度从而增加承载能力。在薄膜润滑下必须考虑微粒分子的角动量矩守衡。     

接触测量中的微探球力变形研究

随着微纳米测量系统中测头微探球尺寸的不断减小和测量不确定度要求的不断提高,测力所引起的力变形误差对测量系统不确定度有着不可忽略的影响。根据Hertz理论,构建了微探球与工件接触时的接触模型、微探球与试样力变形模型,给出了最大允许测力估计方法和力变形计算方法。以现有的3种微纳米三坐标测量机微探球为参考,分别估计了允许最大测力及引起的力变形。结果表明,对于纳米量级测量不确定要求,接触式测量中微探球的受力变形误差是不可忽略的。     

曲面上化学气相沉积的二维材料研究

过渡金属硫系化合物二维材料因其体积小、直接带隙发光等特点,可作为微纳光学结构的优异介质材料而受到广泛关注。通过转移法得到的二维材料微纳光学结构,如光学微腔、微纳传感器等,容易引起材料污染和破损,对结构的功能特性影响很大。通过化学气相沉积法（CVD）,将硒化钨直接沉积在6 μm直径的二氧化硅（SiO₂）微球上,对微球上的材料进行成分表征,证明在微球上生长出了二维材料硒化钨,且证明了通过化学气相沉积法在曲面上沉积二维材料是可行的。这种化学气相沉积法直接生长的二维材料微纳球腔,有望应用于高性能光学传感器和微纳光源器件中。     

基于TRIZ理论的微纳空心镍球的制备方法

微纳空心镍球作为一种新型功能材料有着广阔的应用背景,目前的制备方法工艺复杂针对火花放电制备微纳空心镍球的工艺研究过程中存在的问题,运用TRIZ理论的冲突解决理论和物场分析方法对电火花制备微纳空心镍球的技术提出一种改进方法——超声电火花复合加工.在这种方法中,使用了旋转多电极加工方法,以期产生更多的蚀除量,利用超声空化技术使工作液中产生更多的气泡,并使用曝气装置来有效地控制气泡的大小.     

基于微喷射技术的药物微粒制备研究

从数字化微量喷射原理出发,介绍了微量喷射实验系统的结构和控制平台设计;通过微阵列喷点实验,测试了数字化微量喷射实验系统点制阵列和制备微粒的可行性;以聚乳酸-羟基乙酸共聚物(PLGA)为微球/微囊壳材、阿莫西林为主药、聚乙烯醇和吐温作为表面活性剂,应用数字化微喷射技术,并采用内径40μm的喷头制备了PLGA微球以及阿莫西林-PLGA微囊;利用单因素法和正交试验法研究了PLGA溶液浓度、驱动电压、喷射频率和搅拌器转速对PLGA微球及阿莫西林-PLGA微囊平均粒径和粒径分布的影响,并得出最优解;同时对微球/微囊表征进行了分析。     

球内反射式光纤测头

测头系统作为精密量仪的关键部件,其精度高低直接影响量仪的测试性能,因此一直受到精密测量领域的关注.目前,广泛使用的三叉式触发测头,在结构上存在各向异性、测杆变形等带来的误差问题,制约了精度的提高.为此,提出一种新型的球内反射式光纤测头,充分利用了接触式测量和非接触式测量的优点,采用特殊的光纤球内反射结构,并运用计算机图像技术进行信息处理.通过原理的探索、实验样机的研制以及试验验证,该球内反射式光纤测头原理完全可行,在一维微位移平台上实验得到测头的测量位移量阈值小于0.1 μm,单向重复性精度达到0.0449.μm.     

大口径长条形反射镜组件自重变形的仿真与试验

研究了空间光学遥感器的大口径长条形反射镜组件在自重载荷作用下的面形变化,实验验证和定量分析了Zernike多项式拟合法以及球面方程拟合法得到的仿真分析结果的精度。介绍了Zernike多项式拟合法以及球面方程拟合法的基本原理,分别用这两种算法对大口径长条形反射镜组件在自重载荷作用下的面形变化进行了仿真分析。根据误差合成原理,提出了依据翻转前后两个状态的面形检测结果计算镜面面形变化的方法;针对离轴反射镜在面形检测过程中存在离轴量与镜面像散互相补偿的现象,求解了离轴量变化量与镜面像散的关系。试验结果显示:Zernike多项式拟合法的计算精度为74.2%,而球面方程拟合法的计算精度为12.6%;对仿真分析结果的误差评价表明,采用有限元法得到的仿真分析结果的理论精度值为10%左右,与球面方程拟合方法的计算精度12.6%基本吻合。研究表明,由于Zernike多项式拟合法自身的局限性,不适合对长条形反射镜面形变化进行拟合,而球面方程拟合法的计算精度能够满足工程要求。     

双球面法标定立式参考球面的精度分析

采用双球面法对立式Fizeau干涉仪的参考球面进行标定以确定由重力、安装夹持力等导致的面形形变量,提高立式光学系统中光学元件的面形检测精度.首先,推导了双球面法标定算法;进而,理论分析和模拟计算了影响检测精度的环境、重力、安装夹持力等因素;最后,利用双球面法对立式Fizeau干涉仪的参考球面进行标定,并利用误差合成理论分析实验结果.实验结果显示,利用双球面法标定F/1.5的立式Fizeau干涉仪参考面的精度为2.3 nm.其中,算法本身以及实验操作引起的测量重复性不大于0.7 nm,包含环境误差时的重复性低于1.2 nm;重力导致的面形形变约为0.9 nm,标准镜安装导致的面形形变约为1.7 nm.结果论证了双球面法具有很高的标定精度;环境对检测精度的影响与干涉腔长度有关,长度增加时影响很明显;立式工作时,重力、安装等因素导致的标准镜参考球面的面形形变很大,在高精度使用前必须进行标定.     

指定摩擦系数下富锌漆漆膜厚度的计算研究

对富锌漆接触面间的摩擦系数进行了测量,结果表明：不同处理方式的富锌漆接触面间的摩擦系数差异较大,并且摩擦系数与接触面积成正比。对某2 MW风机主轴与轮毂栓接面间异响的研究表明：喷砂后球型无机富锌漆接触面间的摩擦系数有时可接近于0。通过推导栓接面间的摩擦系数与粗糙度的数学解析表达式,结合球型无机富锌漆膜厚度与粗糙度在一定条件下近似相等的特性,找到了一种指定摩擦系数下富锌漆漆膜厚度的计算方法,保证了栓接面间在喷涂富锌漆后其摩擦系数的可靠性和可计算性。通过测量某塑性材料的摩擦系数,得到了一种简洁的估算该塑性材料的临界应力强度因子的方法。     

可倾瓦推力轴承惰转过程的最小膜厚预测方法

为建立可倾瓦推力轴承惰转过程中最小油膜厚度的预测方法,依据核主泵推力轴承的实际工作情况,基于雷诺方程的自编程序,分别进行热态和冷态下主、副轴瓦润滑性能参数的计算与数值模拟分析,提出可倾瓦推力轴承的最小油膜厚度的理论拟合公式,并对最小膜厚的计算值和拟合值进行对比和分析。结果表明：随着转速降低,主轴瓦的最小膜厚单调减小,副轴瓦的最小膜厚先增加后减小;主、副轴瓦最小膜厚的计算值可以和拟合值较好地对应,验证了理论拟合公式的可靠性。提出的理论拟合公式可以通过额定转速下的最小膜厚计算结果预测多种工作条件下的最小油膜厚度,为主泵惰转的安全性提供重要参考。     

直线电机驱动的全向滚动球形机器人的设计与分析

提出了一种内置稳定平台的新型全向滚动球形机器人装置，由外球壳、内球壳、位于内球壳中的稳定平台、位于内外球壳之间的驱动机构组成。驱动机构为四台直线电机分别在四个空间对称的轮辐上径向移动，改变系统重心位置，驱动球形机器人在平面上全向滚动。内置平台在机器人全向滚动过程中始终保持稳定的姿态，可作为仪器、设备的搭载平台。基于非完整约束和动量矩定理，考虑摩擦力的影响，利用广义欧拉角给出了其二阶控制微分方程组，建立了该球形机器人的运动学和动力学模型，最后结合实例进行了分析和仿真。     

静电陀螺仪长球形空心转子的径向变形设计

根据弹性力学薄壳理论的载荷弹性变形计算公式，应用小变形独立作用与合成原理，构建了静电陀螺仪空心转子表面径向载荷的径向变形与离心载荷的径向变形的迭加计算公式，并按径向变形迭加计算公式构造了两极长、赤道短的长球形空心转子。该长球形空心转子在高速旋转工作时能具有较为理想的圆球形。最后，以示例对两极长、赤道短的长球形空心转子的设计、加工、测量进行了说明。     

锥形缸体球面配流副润滑特性建模及试验验证

配流副油膜的润滑特性对轴向柱塞泵的可靠运行有重要影响。建立了锥形缸体球面配流副油膜润滑特性仿真模型,并通过试验验证了模型的有效性。对锥形缸体进行受力分析,通过对柱塞滑靴组件运动学和受力的分析,求解得到柱塞滑靴组件对锥形缸体的作用力;通过对球面配流副油膜厚度分布和压力分布的分析,求解得到球面配流副对锥形缸体的油膜支承力;采用有限容积法对油膜进行离散化处理,通过牛顿迭代法数值求解球面配流副油膜润滑特性和锥形缸体运动方程;开展轴向柱塞泵高压稳态试验和轮廓扫描试验,获得不同稳态试验时长的球面配流盘磨损形貌,对比球面配流盘磨损轮廓与仿真得到的油膜厚度分布和压力分布。研究结果表明,仿真得到的油膜厚度较小区域与配流盘主要磨损区域相近,验证了锥形缸体球面配流副油膜润滑模型的有效性。     

常用a-N曲线拟合方法的比较

在疲劳裂纹扩展研究中,a-N曲线拟合精度对裂纹扩展速率的研究具有决定性的影响。本研究采用我国自行研制的高强度合金钢GC4钢材的疲劳试验数据,将试验数据导入MATLAB软件中,通过编写程序或利用其拟合工具箱得出不同方法所得到的a-N曲线,然后分析这些方法拟合的误差平方和,得出具有最小误差平方和且具有统一公式的方法（即为所求的最佳拟合曲线）：这种方法不仅适用于求GC4钢材的a-N曲线,而且可用于其它材料的a-N曲线。