基于逆磁致伸缩的索力传感器原理与影响因素研究

基于逆磁致伸缩效应,建立钢缆索索力传感器理论模型,分析了施加在缆索材料上的力信号(外力和应变)与磁信号(磁感应强度、磁场强度)之间的耦合关系.针对一种环式结构的索力传感器,对索力测量原理做了详细推导,可通过检测感应线圈的感应电压反映材料所受外力.传感器输出感应电压与空气间隙尺寸、外部激励磁场下的材料磁导率、激励磁场变化、加载外力变化等因素有关,重点分析了激励磁场变化和外力变化对传感器输出的影响.当外力是缓变力,可通过检测感应积分电压求得外力;当外力是交变力,直接通过感应电压求得外力;最后通过对磁场变化和外力变化影响分别进行了仿真,结果与理论分析基本一致,表明所建立的索力传感器理论模型可行.     

IPMC的力输出特性

IPMC(ion-exchange polymer metal composite)离子交换聚合物-金属复合材料)是一种人工肌肉材料,其较低的驱动电压能产生较大的位移变形,研究了IPMC这种智能材料的输出力特性.实验选取了不同电压幅值,不同频率的方波、三角波、正弦波3种波形作为电激励信号,通过力传感器实测了IPMC试样末端的输出力.结果表明,随着电压幅值的增大,其输出力也增大;随着电刺激信号频率的降低,其输出力也增大;而波形对其输出力影响不显著.     

力电多场鼓包法测定PZT铁电薄膜的横向压电系数

为表征Pb(Zr_(0.52)Ti_(0.48))O_3(PZT)薄膜的横向压电性能,以纯力场鼓包测试模型和铁电薄膜材料压电方程为基础,推导了PZT铁电薄膜的力电耦合鼓包本构模型。采用溶胶-凝胶法制备了PZT铁电薄膜,并通过化学腐蚀法获得PZT薄膜鼓包样品。在外加电压为0~14V的条件下进行鼓包测试。结果表明,在纯力场作用下,PZT薄膜的弹性模量和残余应力分别为91.9GPa和36.2MPa;随着电压从2V变化到14V,PZT薄膜的横向压电系数d31从-28.9pm/V变化到-45.8pm/V。本工作所发展的力电耦合鼓包测试技术及力电耦合鼓包本构模型为评价铁电薄膜材料的横向压电性能提供了一种有效的分析方法。     

参数激励非线性压电梁的振动稳定性

研究了参数激励压电梁的振动稳定性,考虑非线性阻尼的影响,采用Hamilton变分原理推导结构运动方程,采用多尺度法求解稳态响应幅值。通过数值算例分析了电压、轴向力以及非线性阻尼等因素对定常解稳定性的影响。通过分析可见,外加电压与压电层上下表面电势差的差值△V主要影响自变量σ／ω的取值区间,对定常解的稳定性影响较小;梁所承受的轴力越小,定常解稳定区间越大;非线性阻尼的常数项和二次项系数越大,定常解稳定区间越大。     

MEMS三维微触觉力传感器标定方法

针对一种微机电系统(micro electro mechanical system,MEMS)三维微触觉力传感器,采用悬臂梁弯曲变形获得了标准微小力信号,通过测量传感器敏感梁弹性导致的传感器测杆的微小位移量,对标定过程中的误差进行了补偿,实现了三维微触觉力传感器的精确标定.建立了MEMS三维微触觉力传感器标定系统,对悬臂梁的弹性系数进行了标定,对传感器测头输出的微小电压信号设计了线性化的信号调理电路.标定过程中考虑了由于传感器敏感梁弹性变形导致的传感器测杆的微小位移量对标定精度的影响.采用高精度的纳米测量机(nano-measuring machine,NMM)对传感器测杆的位移特性进行测量,利用该参数对传感器的力特性系数进行误差补偿,最后根据传感器输出的初始电压和力特性系数建立了传感器的力特性输出方程.     

电-热-力载下BNNTs增强压电板的非线性动力响应

研究了电-热-力载荷作用下硼氮纳米管(BNNTs)增强压电板的非线性动力响应。运用板的非线性应变几何关系及考虑温度效应的压电理论,建立了BNNTs增强压电板的本构关系。通过变分推导出了结构的非线性动力控制方程。在空间上采用差分法离散,在时间上采用Newton-Newmark方法离散,整个问题采用迭代法进行求解。算例中,详细讨论了电压、温度、载荷、体积比以及外激励频率等因素对BNNTs增强压电板非线性动力响应的影响。     

柱棒式超磁致伸缩能量收集器的设计与实验

为了能够利用自然界中的振动能量,弥补传统微器件供能方式的不足。设计制作了一种以超磁致伸缩材料(GMM)为基础的振动能量收集装置,并通过实验加以验证其能量收集特性;首先,通过对超磁致伸缩材料物理特性的分析,进行了能量收集装置理论建模与仿真分析;然后,根据仿真分析的结果设计了一套柱棒式的超磁致伸缩能量收集器;最后,通过搭建实验平台进行了效果验证。实验结果表明:当输入激振信号频率f_n不变,振动能量收集装置输出电压峰-峰值和输入振动信号的幅值F_m成正比;当输入振动信号幅值F_m不变,振动能量收集装置输出电压峰-峰值和输入激振信号的频率fn成正比;在激振应力最大值为2.54 MPa、频率100 Hz的正弦激振条件下,感应线圈100匝的实验条件下,超磁致伸缩振动能量收集器输出电动势峰-峰值为136.4 mV,与理论值(156 mV)符合较好,且波形一致。     

MEMS变形镜用PZT厚膜致动器阵列的制备及性能表征

提出了一种基于锆钛酸铅(PZT)压电厚膜致动器阵列驱动的MEMS微变形镜,建立了该微变形镜的结构模型,分析了其结构中各层厚度对其性能的影响.PZT压电厚膜是通过基于PZT压电陶瓷体材料的湿法刻蚀技术制备的,刻蚀液为1BHF2HCl4NH4 Cl4H2O.以数字锁相方法测试了压电厚膜的介电性能,在100 kHz以下时,其介电常数和介质损耗分别优于2400和3%.利用悬臂梁方法测试了压电厚膜的也.横向压电系数,约为-250 pm/V.制备了4×4阵列的压电致动器阵列.采用激光多普勒测试压电致动器的电压位移曲线,在100 V的电压驱动下致动器的变形量大约为2.2/μm;测试了致动器的频率响应,其谐振频率高于100 kHz;致动器刚度大,带负载能力强.     

强振动下比例电磁铁输出力特性研究

为研究强振动对比例电磁铁输出力特性的影响,应用电磁场理论和强迫振动理论建立了强振动环境下比例电磁铁的动态数学模型和仿真模型,仿真分析了不同振动参数下比例电磁铁的气隙磁阻、动生感应电动势及输出力的变化规律,讨论了强振动对电磁铁输出力的影响原理。同时分析了衔铁质量、阻尼系数、弹簧刚度对比例电磁铁输出力波动的影响规律。结果表明:强振动幅值和频率与电磁铁的动生感应电动势的波动幅值正相关;比例电磁铁的气隙磁阻和输出力的波动幅值与强振动幅值呈线性正相关;随阻尼系数的增加,比例电磁铁输出力的波动幅值近似线性减小;弹簧刚度小于20 000N/m时比例电磁铁的输出力波动幅值随刚度增加而快速减小。研究结果为提高振动环境下比例元件的工作性能提供了理论参考。     

基于PZT薄膜面内极化工作的低应力压电微传声器

本文设计、制作并测试了一种基于压电PZT薄膜面内极化工作的压电微传声器.利用压电薄膜的纵向压电常数,并通过压电微传声器面内电极的设计提高电极间距,以提高压电微传声器的灵敏度.由于基于PZT薄膜的多层结构常具有很大的残余应力,通过5种不同振动膜材料与PZT薄膜的应力匹配实验,研究了降低振动膜应力的方法.结果表明,对于相同尺寸的膜片,PZT/ZrO2/LTO/Si3N4具有最小的变形,其中心处的变形(200 nm)仅为膜片PZT/ZrO2/Si3N4/SiO2中心处变形(17μm)的1%.采用体硅微加工工艺制作了具有方形振动膜(2 mm×2 mm)的压电微传声器结构,采用LTO/Si3N4多层结构作为振动膜结构,方形膜片中心的圆形结构为PZT薄膜,环形叉指结构为Au/Cr电极.压电微传声器在0.15 kHz~6 kHz频率范围内的灵敏度约为0.1 mV/Pa.     

模具表面离子氮化工艺研究

研究了一种利用空气／甲烷混合气体对模具表面进行离子氮化的新工艺,分析了渗层的硬度、组织及物相。结果表明,通过加入甲烷气体,可以实现用空气直接进行离子氮化处理,通过调整甲烷流量,可以获得不同的渗氮硬度和物相。     

基于VRML的电梯仿真研究与开发

电梯是大型机电一体化产品,由于技术复杂,专业性强,结构封闭,在教学和培训过程中,学员不易全面了解电梯的结构.提出了一种交互式电梯虚拟场景模型,以VRML为平台开发了七层七站虚拟电梯,可直观地观察电梯的基本结构和使用过程,还可以通过与场景的交互细致了解电梯运行中各环节的工作情况.     

基于文献反思参与式设计

目的 分析和反思有关参与式设计(PD)理论形成与实践的文献,并解决三个问题,强调“参与”设计的项目中为什么使用已经淡化了“参与”概念的PD;在商业环境中进行PD实践的前提;PD的核心理念是否应当按照某些指标排序。方法 筛选Web of Science数据库中收录的PD相关研究文献,用自然断裂点分级法划分出PD研究的四个阶段,通过CiteSpace 工具筛选各发展阶段中的重要文献,定性分析各阶段的文献。结果 梳理了PD的发展过程和核心理念,得出了PD的本质,分析了PD实践与PD理论间的隔阂,并探讨了PD未来的研究方向。结论 PD本质是文化、政治思想在设计活动中的表达;设计项目中使用PD可能是为了程序正义;“有用”是商业环境中进行PD实践的前提;对PD核心理念的排序是合理且有用的。     

基于下一代网络的SLEE APIs的研究

对下一代网络业务逻辑执行环境(SLEE)的研究现状作了简要分析，在此基础上给出了业务逻辑执行环境(SLEE)的体系结构。为满足不同层次业务开发者编写业务(或应用)的需要，提出不同抽象粒度的SLEE应用业务编程接口(APIs)的体系框架。最后列举了两个用这些APIs实现的业务的例子。     

复合微孔玻璃膜的研制（Ⅱ）

利用由原硅酸四乙酯的水解缩聚反应制得的溶胶作为涂膜液，在多孔陶瓷基体上通过多次涂膜－干燥－加热过程，最后在盐酸中浸沥，可制成多孔的无机复合玻璃膜．探索了复合玻璃膜的成膜工艺因素涂膜方式和次数，加热和酸浸沥条件对膜性能的影响     

碳纤维复合材料T型接头的脱粘损伤监测实验

将压电传感与主动Lamb波监测技术相结合, 研究在静拉伸加载状态下碳纤维复合材料T型接头(T700/BA9916)界面脱粘及扩展过程中的信号特征, 并采用改进后的BP神经网络系统对接头损伤状态进行识别。实验结果表明: T型接头脱粘首先发生在三角填充区, 后向突缘扩展; 接头失效前, 信号能量和最小二乘峰值因子随时间呈线性递减, 能够表征脱粘程度, 利用自适应微粒群算法改进后的网络训练值与实验观测值之间的误差为3.8%~4.7%。     

Report on ONR Workshop on Fracture Scaling

The paper reports on the discussions at the ONR Workshop on Fracture Scaling, held at University of Maryland in June 1999, under the chairmanship of Z.P. Baant and Y.D.S. Rajapakse. The workshop dealt with size effects in structural failure and scale bridging in mechanics of materials. The lectures at the Workshop were published in Volume 95 of this Journal. The objective of this paper is to present records and interpretations of the extensive discussions prepared by invited specialists. The records show which are the areas of disagreement among leading researchers and which are those where consensus has been reached.     

制造过程的质量管理探讨（续）

生产过程控制是对“５ＭＩＥ”质量因素的探讨,其控制活动体现在每一个生产工序中。根据ＩＳＯ９００４标准,从生产过程控制的角度,探讨了制造过程的质量管理问题,并重点讨论了关健和特殊工序的控制。     

制造过程的质量管理探讨

生产过程控制是对“５ＭＥ”质量因素的控制,其控制活动体现在每一个生产工序中。