微/纳机电系统

微机电系统（MEMS）和纳机电系统（NEMS）是微米／纳米技术的重要组成部分。MEMS已在产业化道路上发展，NEMS还处于基础研究阶段，分析了微／纳机电系统的发展特点，简要地介绍了典型的MEMS和NEMS器件及系统后，讨论了MEMS和NEMS发展中的几个问题以及它们的发展前景。     

基于分子动力学的纳机电开关动态特性

建立了碳纳米管悬臂梁分子动力学模型,并对该模型的动态特性进行研究.分析了封腔中空气分子对纳米器件的阻尼作用,模拟了真空环境下碳纳米管原子处于平衡状态的自振情况,同时通过在外加激励作用下求解出该系统中碳纳米管的固有频率,绘制出了相应的幅频响应曲线.最后,对低真空环境下碳纳米管共振时的振幅进行分析.模拟结果表明:原子自振频率为2 THz;碳纳米管固有频率为4.79 GHz,且在初始阶段随着外加载荷的增加略有减小,随着载荷的继续增加而加大直到开关达到闭合状态;在相同的气压变化幅度下,低压环境的振幅变化远明显于高压环境下的振幅变化.     

纳米梁的动态特性研究

根据Langmuir的单层吸附理论分析了梁对气体的动态吸附,考虑了在气体自由程和梁的尺寸可比拟时的气体阻力作用,并在此基础上对原有的谐振梁振动的非线性模型作了修正.     

夹层阻尼结构抑振特性研究

利用等效复合刚度法,对多夹层阻尼结构的抑振特性进行了理论推导,并对不同夹层阻尼结构的等效复合刚度和损耗因子进行了仿真计算,分析了不同的夹层材料和几何参数对结构抑振量的影响。研究表明,增加多夹层组合结构的夹层层数对组合结构损耗因子的提高量有限;适当增加夹层的厚度可改善组合结构抑振性能;变化夹层的材料,采用较硬的约束层和较软的阻尼层可显著提高组合结构的抑振量。     

含不连续特性的机电系统的数学仿真方法

本文介绍复杂机电系统仿真中的不连续性系统仿真的概念、算法原理、程序结构与应用。     

基于压电摩擦阻尼的四参数隔振系统等效建模与频变阻尼特性分析

在轨卫星搭载的高精度有效载荷对环境微振动异常敏感,从而对隔振系统的振动衰减性能提出了更高的要求.传统两参数被动隔振系统提高隔振性能时,常采用添加定常阻尼进行能量耗散的方式,但存在低频共振峰抑制与高频快速衰减不能兼顾的固有矛盾问题.为了解决这一问题,一种能够实现阻尼特性基于频率变化的四参数隔振系统被提出,采用归一化方法建立其系统传递率与等效阻尼理论模型,并与两参数和三参数隔振系统进行对比分析.基于四参数系统的频变阻尼等效理论,设计一种基于压电陶瓷致动器产生摩擦阻尼的具象化四参数隔振系统,考虑非线性摩擦阻尼的融合问题,并分析中间等效质量参数对阻尼频变特性的影响规律,最后对其频变阻尼特性和隔振性能进行了仿真与实验验证.结果表明:时域上,四参数隔振系统对随机信号的隔振率达到91.1％;频域上,相较常值小阻尼系统,四参数隔振系统在低频共振处的峰值性能提升5.46 dB,且高频段保持相近的快速衰减,表现出低频大阻尼、高频小阻尼的频变阻尼特性.仿真与实验结果均表明,系统能够解决被动隔振系统中存在的高低频隔振性能之间的矛盾问题.     

定模动辊机电系统动力学分析

动力学分析对定模动辊成形装备的设计具有重要意义.论文基于能量原理,针对驱动电动机、传动机构、模具-轧辊系统与成形高强钢板材组成的机电系统,提出一种包含电磁场、机构驱动力场及高强钢板连续塑性变形过程动态能量场耦合机电系统动力学分析新方法.通过推导系统各部分能量数学表达的理论研究,获得定模动辊机电系统动力学方程.采用有限元...     

基于微机电系统的振动能量采集器件设计分析

微能量采集器中电容式采集器易与IC工艺集成,目前已知的传统电容式微能量采集器都需要外加电压,这在很大程度上限制电容式微能量采集器的实际使用。针对该问题,基于微机电系统工艺,提出功函数原理电容式微能量采集器,给出采用两种不同金属作为电容极板电极的采集器原理模型设计,并建立相应系统数学模型,计算大致悬臂梁长度的设置与范围,使用有限元模拟软件ANSYS进行进一步分析与优化设计。在此理论基础上设计出的新型振动能量采集器,可克服传统电容式微能量采集器需要外界提供电源这一缺点。     

阻尼层对自由阻尼处理结构的影响

在表面阻尼处理结构中,介绍了描述普通的阻尼层材料的贮能模量以及损耗因子随温度变化的规律,建立了自由阻尼处理梁的结构损耗因子的计算公式.通过数值计算揭示了自由阻尼处理梁的耗散特性.通过改变温度、阻尼层厚度、敷设纤维材料等不同的方法达到改变损耗因子的目的,给出了在不同条件下通过数值计算得出的结论,并比较这几种不同的方法对损耗因子的改变有何不同.     

颗粒阻尼器损耗因子外因特性研究

对稳态能量流法测量阻尼损耗因子的原理进行了推导,采用稳态能量流法对某型颗粒阻尼器的阻尼损耗因子进行了实验研究。对粘贴有该颗粒阻尼器的钢板进行了振动仿真分析与实验相结合的研究,验证了稳态能量流法测量损耗因子方法的正确性。实验结果表明,该颗粒阻尼器的阻尼损耗因子随加速度变化呈现明显的“分段表征”特性,随频率变化呈现明显的“山脊”特性。对颗粒阻尼器表现出该特性的原因进行了理论分析。     

基于离散单元法颗粒阻尼的耗能研究

提出了用于颗粒阻尼耗能研究的新算法,建立了颗粒阻尼软球耗能模型,并通过研究颗粒层之间的滑移和竖直压力来计算颗粒层之间的耗能情况,通过迭代法得到颗粒阻尼中摩擦耗能情况,并由此推导出颗粒阻尼摩擦耗能的理论计算公式。在简谐激励条件下,对圆柱形钢制容器内的颗粒体耗能情况进行测试,系统地研究了颗粒层深度对阻尼性能的影响,试验结果对理论计算给予了有效验证,同时得出随着颗粒填充高度的增加,阻尼效果明显加强。     

敷设阻尼薄板隔声性能的测试与计算分析

首先,采用脉冲响应衰减法测试了敷设阻尼薄板的阻尼损耗因子,分析了阻尼敷设比例及薄板的悬挂状态对薄板阻尼损耗因子的影响;其次,在混响-全消室中测试了敷设阻尼薄板的隔声量,比较了不同阻尼敷设比例薄板的测试结果;最后,建立了敷设阻尼薄板隔声量计算分析模型,隔声量计算值与试验值吻合较好,验证了计算模型的有效性。研究了敷设阻尼材料厚度与敷设比例对薄板结构隔声性能的影响,综合考虑轻量化和隔声性能,分析了阻尼材料厚度与敷设比例对薄板降噪效率的影响,并以降噪效率最大为目标进行了薄板隔声特性的优化。     

可调减振器阻尼特性试验研究

研制了基于旁通节流孔的新型节流孔可调减振器样机,试验研究了复原阀系活塞孔口直径、复原阀片数、限位阀外径、旁通节流孔直径对减振器阻尼力的影响。试验结果表明:活塞节流孔直径的减小、复原阀片数的增加和限位阀外径的增大都会导致减振器阻尼力增大,其中,活塞节流孔直径和限位阀外径对阻尼力影响较大。在旁通节流孔直径为0～4mm范围内,减振器阻尼力随着旁通节流孔直径的增大而减小,当旁通节流孔直径大于4mm后,减振器的阻尼力变化不大。压缩阻尼力受旁通节流孔直径的影响较小。试验研究结果为旁通节流孔式阻尼可调减振器的设计提供了依据。     

Vibro-acoustic Radiation Characteristics Analysis of Railway Vehicle Wheel with Damping Ridges Based on Modal Strain Energy

The existing researches on the damping wheel mainly focus on investigating the influence of damping structure change on the vibro-acoustic control.The changes include the geometric size of the damping structure,the damping material parameters,and the placement,and so on.In order to further understand the mechanism in reducing the acoustic radiation of railway wheel with layer damping treatment,in this paper,the wheel is simply modified by a full-sized circular plate.The circle plate side has stuck circumference constrained damping ridges and radial constrained damping ridges on it.Based on a hybrid finite element method-boundary element method(FEM-BEM),the paper develops a vibro-acoustic radiation model for such a distributed constrained damping structure.The vibration and acoustic radiation of the circular plate is analyzed.In the analysis,the dynamic response of the system is obtained by using the 3D finite model superposition method.The obtained vibration response is used as the initial boundary condition in solving Helmholtz boundary integral equation for the sound radiation analysis.In the procedure,firstly,the modal analysis of the circular plate is performed to get the distribution of the system modal strain energy.Secondly,the vibro-acoustic radiation characteristics of the plate with different kinds of circumference damping ridges and radial damping ridges are compared in order to try to find the best effective damping ridge structure.Thirdly,using the distribution of the plate modal strain energy investigates the effect of the ridge distribution locations on the circular plate on its vibro-acoustic radiation.The calculation and analysis research results show that,the sticking circumference and radial damping ridges on the plate can control the vibro-acoustic radiation of the plate effectively in different frequency range.The distribution of the constrained damping ridge has an effect on reduction in vibro-acoustic radiation of the circular plate.The present research is very useful in the design of railway wheel with low noise level.     

滑动轴承等效刚度阻尼的计算分析方法

为获得更精确的滑动轴承等效油膜支承,针对滑动轴承沿轴向方向存在不同的刚度阻尼,将滑动轴承沿轴向方向等分为多个截面,探索了滑动轴承多截面等效刚度阻尼的计算分析方法。基于N-S方程,结合FLUENT中的动网格方法,建立了多截面、多工况的滑动轴承仿真分析模型,计算得到沿轴向方向的多截面和不同转速下单一截面的径向等效刚度阻尼的变化规律,为进一步考虑滑动轴承等效结合部参数的转子系统动力学研究提供了参考依据。     

阻尼材料中气泡的存在对结构阻尼性能的影响

为了研究粘弹性阻尼结构的阻尼层中的气泡对结构阻尼性能的影响,制备了两种自由阻尼层结构,其中一个阻尼层中含有较多的气泡,而另一个则基本没有气泡。对两种结构进行试验模态分析,研究比较了两种结构的阻尼比,同时还比较了两结构对应点的加速度导纳曲线和相同激励下的线性谱曲线。研究结果表明,阻尼材料中气泡的存在将会降低结构的阻尼性能。     

弹性联轴器用金属橡胶元件性能研究

将金属橡胶材料应用于弹性联轴器的改造,对其中的环状金属橡胶元件进行了静态动态加载试验。提出了一种基于等效应力函数的等效粘性阻尼测试方法;分析了不同相对密度元件的静态刚度与阻尼损耗因子的变化规律。结果表明,金属橡胶弹性元件具有比原有橡胶元件更好的弹性阻尼性能。     

Frequency Characteristics of Stiffness and Damping Effect of a Ferrofluid Bearing

Damping characteristics and frequency characteristics of a ferrofluid bearing spindle were measured using a high-frequency vibration base driven by a piezo actuator. They show that ferrofluid bearing spindles have effective damping. In this experiment, the damping effect became larger with higher spindle rotational speed.     

镁合金阻尼特性及检测技术研究

研究了镁合金晶体在振动变形过程中的阻尼特性机理,表明其在宏观屈服前,随着应变振幅增大,阻尼特性机理依次为位错未脱钉扎时的共振型阻尼、位错脱钉扎并滑移时的静滞后型阻尼、位错线相互钉扎纠结时的静滞后型阻尼及滑移带出现时的静滞后型阻尼这4个阶段。根据理论推导过程中对各个阻尼阶段起始应变振幅的计算,试验必须测量大应变振幅条件下的阻尼,由此设计了通过一次激励获得各个阶段的阻尼应变谱的检测技术方案及试验装置。试验方案采用瞬态激励方式,控制镁合金矩形梁从大应变振幅(500×10-6)开始振动,通过测量试件在自由衰减过程中的振动信号获取4个阻尼特性阶段的数据,然后对AZ61D镁合金进行阻尼测试试验,验证了该技术方案的可行性,理论推导结论正确。