基于全面析因试验设计的永磁微加速度开关接触可靠性分析

针对一种新型磁力微加速度开关设计方案,建立了该开关系统的动力学方程,给出了影响开关动作的永磁力、表面接触力计算公式。采用四阶Runge-Kutta法对加速度激励下开关工作过程中永磁力、质量块与触点接触压力等参数的变化规律进行了仿真,对接触压力进行了极差分析和方差分析。选取微加速度开关的3个结构参数（悬臂梁宽度、质量块质量和永磁铁体积）作为关键因素,基于全面析因试验方法设计了该开关27种不同结构参数的水平组合,结果表明：微加速度开关3个结构参数中对接触可靠性影响大小的顺序为永磁铁体积V、悬臂梁宽度w、质量块质量m;可靠性最高的最佳结构参数水平组合为W3m3V1,即W=0．70mm、m=2．00g、V=5．38mm^3;在置信度为99％的情况下,悬臂梁宽度W、永磁铁体积V和质量块质量m对微加速度开关接触可靠性均有显著的影响。     

基于正交试验方法的永磁微加速度开关结构参数对接触可靠性影响分析

基于永磁铁磁力随位移的非线性变化特性,设计了一种新型磁力微加速度开关。选取微加速度开关的三个结构参数悬臂梁宽度、质量块质量和永磁铁体积作为关键因素,基于正交试验方法设计了该开关9种不同结构参数的水平组合,给出了影响开关动作的永磁力和表面接触力计算公式。建立了该开关系统的动力学方程,采用四阶Runge-Kutta法对加速度激励下开关工作过程中永磁力、质量块与触点接触压力等参数的变化规律进行了仿真,对接触压力进行了极差分析和方差分析。结果表明:永磁铁体积对开关接触可靠性影响最大,其次是悬臂梁宽度W,最后是质量块质量G;可靠性最高的最佳结构参数水平组合为W 3G3V1,即悬臂梁宽度0.70 mm、质量块质量2.00 g、永磁铁体积5.05 mm3;在置信度为99%的情况下,悬臂梁宽度W、永磁铁体积V和质量块质量G对微加速度开关接触可靠性均具有高度显著的影响。     

永磁微加速度开关设计与仿真

基于永磁铁磁力随位移的非线性变化特性,提出了一种新型磁力微加速度开关设计方案．建立了含有永磁力、气膜阻尼力、表面接触力、惯性力的开关系统动力学分析模型,给出了质量块在开关多种工作状态下的运动微分方程．对开关工作过程中质量块位置、永磁力、空气阻尼力、质量块与触点接触力等参数的变化规律进行了仿真,结果表明：该设计可以受控于加速度门限完成闭合-断开功能;微开关系统阻尼由质量块与封装外壳间隙厚度决定,为一变阻尼系统;开关闭合时电接触可靠性取决于质量块对触点的压力;开关闭合和截止所需的激励加速度门限值受永磁铁磁力和支撑梁刚度参数的控制．     

体心立方晶体用于实现原子级存储的可行性

采用Morse型势函数对体心立方(BCC)晶体表面层及近表面层原子的行为进行了分子动力学模拟。模拟结果表明:在体心(次表层)原子操纵前后,BCC晶体的顶角原子位置只有微小变化,其晶格结构基本保持不变且处于稳定平衡状态,即BCC晶体具有两态稳定性,该特性为实现原子级的数据存储提供了可行性。同时,对数据存储时可能出现的多原子双稳态组合问题进行了分子动力学模拟,发现在多原子双稳态组合情况下,晶体的结构在操纵其他体心原子时仍保持稳定。基于以上工作,本文提出了一种实现原子级存储的新方式,该方式只需在两个稳定平衡态间激发用于存储数据的原子,便可以加快存取速度、提高成功率并保证可重复性。     

基于两态稳定性原子级存储方式的分子动力学模拟

采用Morse型势函数对体心立方晶体表面层及近表面层原子的行为进行了分子动力学模拟．模拟结果表明，在体心（次表层）原子操纵前后，体心立方晶体的顶角原子位置只有微小变化，其晶格结构基本保持不变且处于稳定平衡状态，即体心立方晶体具有两态稳定性，该特性为实现原子级的数据存储提供了可行性．同时，对数据存储时可能出现的多原子双稳态组合问题进行了分子动力学模拟，发现在多原子双稳态组合情况下，晶体的结构在操纵其相邻晶格的体心原子时仍保持稳定．提出了一种实现原子级存储的新方式，只需在两个稳定平衡态间激发用于存储数据的体心原子，可以提高数据存储的成功率，保证可重复性和稳定性．     

MEMS器件平板运动空气阻尼研究

针对微电子机械系统中平行板间的气膜阻尼问题,通过将平板沿垂直方向的位移运动方程展开为傅里叶级数,得到了微平面机构所受的空气阻尼力和阻尼系数的解析公式。结果表明,空气阻尼系数近似与两平板间气隙厚度的三次方成反比。通过对微加速度开关质量块工作时所受的空气阻尼进行仿真分析,得出该开关的阻尼系数在工作过程中为变阻尼的结论,并分析了空气阻尼系数对于开关性能的影响。     

基于自适应遗传算法的三轴光电跟踪策略

三轴光电跟踪系统由于存在一个冗余横倾轴,可以解决传统两轴光电跟踪系统存在的空间跟踪盲区,全方位跟踪空间目标。在详细分析三轴光电跟踪系统运动学特性的前提下,运用四元数方法建立了存在一个冗余自由度的运动学模型,并设计出一种新的基于自适应遗传算法的三轴跟踪策略。仿真及实验结果表明,基于自适应遗传算法的三轴跟踪策略不需要进行轴系间的运动切换即可避免跟踪盲区,真正实现了系统的三轴联动全方位连续跟踪运动;而且与现有两轴跟踪策略和三轴切换跟踪策略相比,各轴所需的转动角度减小了30%以上,因而提升了系统的跟踪性能,其跟踪快速性提高了30%以上。     

等离子显示面板荧光液填涂机喷头设计

在等离子显示器(PDP)面板制造过程中,荧光液填涂工艺是影响其制造效率和质量的关键工艺之一。为改善等离子显示器面板填涂效率,提高PDP面板生产质量,降低生产成本,提出一种新型的荧光液填涂机喷涂头设计方案。应用微流体力学理论,计算出喷涂口的精确结构尺寸;同时对喷涂头喷涂口工作压力与喷涂流速之间的关系进行分析,得到符合要求的喷涂口工作压力,以及喷涂口的流速分布。最后,通过仿真计算证明了该设计方案的有效性。     

基于自适应差分进化算法的三轴光电跟踪策略

为解决传统两轴光电跟踪系统的跟踪盲区问题,实现空间目标的全方位跟踪,提出一种存在冗余自由度的三轴光电跟踪系统。在详细分析三轴光电跟踪系统运动学特性的基础上,运用四元数方法建立三轴光电跟踪系统运动学模型,并提出一种基于自适应差分进化算法的三轴全方位光电跟踪策略。通过对系统运动学模型进行分析,得到三轴转动角度之间的关系,从而将求取三轴转角增量组合的三变量优化问题简化为单变量优化问题,并将自适应差分进化算法应用于求取三轴角增量的最优组合当中。仿真和试验结果证明,此三轴光电跟踪策略避免以往三轴跟踪系统在跟踪过程中进行两轴切换的不连续性,可以真正实现系统的三轴联动全方位连续跟踪运动;同时,与现有的其他跟踪策略相比较,该三轴跟踪策略能够以更小的三轴转动角度实现目标的跟踪定位;因而提高了系统的快速性和跟踪性能,具有良好的工程应用价值。     

铁原子操纵过程的分子动力学模拟研究

采用经典分子动力学模拟方法,研究了金刚石针尖的原子力显微镜(AFM)在提取和放置铁(Fe)晶体体心原子(次表层)的主要过程。分析了所建模型的局限性,提出了使用扫描隧道显微镜(STM)可以实现原子的双向操纵并采用更加精确的从头计算分子动力学方法模拟STM操纵原子的主要机理,同时指出了尚需解决的问题。