新型箝位式压电电机的设计研究

针对传统箝位式压电电机在谐振态下工作时,方波振动的箝位部分结构设计复杂问题,提出一种新型箝位式压电电机。该电机箝位部分与驱动部分均由同频正弦电压驱动实现正弦振动,通过定子对动子的箝位接触,实现动子单向输出运动。相较于传统箝位式压电电机和超声电机,该电机的定子结构设计无需采用模态简并,结构设计难度降低。利用有限元仿真确定定、动子结构参数,制造样机并搭建实验平台。对箝位部分分别采用正弦波与方波做激励,再对驱动部分进行波形对比,表明正弦波亦能达到预期效果。实验结果表明:准静态时,激励电压频率为250Hz、电压峰峰值Vp-p为10V时,步进距离为0.5μm,步进速度0.13mm/s;谐振态时,激励电压频率为540Hz、电压峰峰值Vp-p为70V时,步进距离为32μm,步进速度16.9mm/s;该电机可兼顾低频高分辨率和高频高速输出以实现跨尺度工作。     

基于换热单元非均匀流动的换热器整体等效计算方法研究

为了解决因翅片与换热器整体尺寸跨度较大、新型换热器设计过程中缺乏试验数据而难以进行换热器整体性能模拟预测的问题,提出了一种基于换热单元非均匀流动的油冷器等效计算方法。该方法利用油冷器单元模型进行数值模拟,从中提取出换热单元的流动与换热特性参数,将该参数代入简化为多孔介质的油冷器整体模型中进行等效计算。结果表明,该方法在大范围内获得与试验数值相一致的结果,换热功率平均误差在试验工况范围内为3.5%。此外,等效计算换热的准确性受到换热参数拟合精度的影响,该影响可通过增加单元换热模拟工况点得到改善。     

基于粘滑驱动跨尺度精密定位技术的研究现状

目前跨尺度纳米定位技术在纳米操作、大规模集成电路制造和生物技术等众多领域都有着广泛的应用前景.该文对目前应用较多的宏微混合式驱动、压电超声马达驱动、尺蠖式驱动和粘滑式驱动这4种跨尺度定位技术驱动原理进行了介绍,并对其分辨率、速度、推力、尺寸、驱动器数量和结构6个方面进行了比较和分析,得出粘滑驱动以其驱动范围大,分辨率高,结构简单,体积小和集成度高等突出优点,适用于微纳操作领域.对目前国内外粘滑驱动在驱动原理、关键技术和样机实验方面的研究进行了分析,总结出目前粘滑驱动研究中的研究基础和不足,并提出了有待解决的问题和关键技术.     

大型锻件内部缺陷演变行为的跨尺度模拟方法

针对大型锻件内部缺陷,提出了一种跨尺度模拟计算方法,即体胞模型法。以孔洞缺陷为例,论述了该方法的原理及应用思路。利用该方法对某锻件的孔洞缺陷演变行为进行了模拟计算,分析了孔洞缺陷的演变规律及其周围应变分布情况,并进行了人工预制孔洞的铅块变形实验。研究结果表明,孔洞随锻件变形程度增加而逐渐趋向闭合,其闭合程度与锻件应变分布情况有关;物理实验与数值模拟结果吻合度较高,体胞模型法的模拟计算较为准确;体胞模型法能够较好地解决大型锻件成形过程中内部缺陷的跨尺度数值模拟问题。     

Liquid Droplet Stamp Transfer Printing

Despite the increasingly significant role of flexible electronics in information, energy, and medical treatment, their integration with a special-shaped interface remains an unresolved challenge. The traditional transfer method, as a core technology of device integration, is still unsuitable for thinned chips and 3D sensors. Solid-contact elastomer stamp sometimes causes cracks while non-contact method such as sacrificial layer method fails to achieve precise positioning transfer. Herein, the authors present liquid droplet stamp transfer printing (LSTP) with a high yield ratio which allows flexible devices to be transferred form silicon wafer to complex special-shaped interfaces. Following the transfer scheme, the regulation of interface force is demonstrated with different thin-film patterns. Besides, the liquid droplet stamp is designed as an efficient tool to transfer thinned inorganic flexible chips. A thinned micro light emitting diode, extensively used in large-scale manufacturing of flexible circuits, is transferred and lighted successfully. In addition, a new method to fabricate 3D sensors is proposed with the liquid droplet stamp, which provides a new way of manufacturing wearable antenna and reconfigurable devices. Consequently, the LSTP has great potential for future sophisticated and system-level flexible devices transfer printing and plays a vital role in the research of 3D flexible electronics.     

跨尺度微小型零件的测量与装配

针对跨尺度微小型零件的精密装配中显微视觉视场狭小与零件的特征尺寸跨度较大相矛盾的问题,研究了跨尺度零件的位姿检测技术,基于高、低倍显微视觉单元研制了自动装配系统,系统采用模块化体系结构及先看后动的装配控制模式.提出局部特征拼接法实现了跨尺度零件的定位测量,使用标定尺对系统坐标系之间的误差角进行了标定,采用参考基准法辅助对显微视觉单元切换后的装配基准进行定位.设计测试模板对系统测量精度进行了验证,结果显示高倍显微视觉单元的同轴度测量精度优于1.5 μm,平行度精度优于1μm.利用研制的装配系统进行了装配实验,实验结果表明,关键零件的装配精度满足工艺要求.该装配系统可稳定、可靠地完成跨尺度微小型零件的自动装配.     

跨尺度微管微球三维半自动装配点胶系统

设计和搭建了一个3D半自动装配点胶系统,用于完成跨尺度零件微管与微球的三维装配点胶任务。系统主要由体视显微镜、变焦金相显微镜、发光二极管(LED)背光源、pL级点胶机、微操作手和零件夹持器组成。采用显微镜高低倍转换的方式实现了零件跨尺度特征的检测。基于提出的半自动装配点胶策略,并配合人工引导和显微视觉伺服技术,快速完成了跨尺度零件的半自动高精度对准和插入点胶。在搭建完成的系统上开展微管与微球的装配点胶实验,对提出的方法和装配精度进行了实验验证。结果表明,系统的位置对准误差优于1μm,角度对准误差优于0.5°,可以实现末端直径10μm的微管与孔径12μm的微球之间的装配和胶接,基本满足对该组件的装配精度和成功率要求。     

高速铣刀安全性跨尺度设计方法

高速、断续切削载荷作用下的铣刀,其内部不断积聚的能量会引起铣刀原子不可逆运动和宏观结构的改变,高速铣刀安全性具有跨尺度的关联特性。为了提高铣刀安全性,提出一种高速铣刀跨尺度设计方法。采用力连接的方法实现铣刀连续介质力学与分子动力学跨尺度关联,引入熵值法,定量描述铣刀介观安全性。构建铣刀安全性熵值模型,探究铣刀宏介观结构之间的关系,揭示铣刀宏介观安全性对铣刀直径、齿数、齿根结构、刀齿分布、刀片安装前角和铣刀原子群构型参数的响应特性。利用公理设计方法建立高速铣刀安全性跨尺度关联设计模型,并进行铣刀安全性试验验证。分析和试验结果表明,在铣刀高低熵值区内分别发生了属性和程度不同的原子不可逆运动,齿根结构和刀片安装前角对原子群构型具有显著性影响,利用高速铣刀跨尺度设计方法可以提高其安全性,从而为实现高速铣刀高效、可靠、稳定加工提供了保证。     

土木结构损伤多尺度并发计算方法及其应用

大型土木结构的损伤破坏是跨尺度演化的结果, 因此单一尺度下的结构分析难以正确地反映结构的非线性损伤失效过程。该文根据结构损伤在宏观、细观尺度下的不同特征建立结构一致多尺度模型, 并通过多点约束法进行跨尺度关联, 实现了结构整体线弹性响应分析和局部细节易损部位的细观层次上弹塑性损伤分析的并发进行。计算结果表明:该文提出的结构损伤多尺度并发计算方法能够兼顾结构整体上的线弹性响应和局部易损部位在细观层次上的塑性损伤特征, 在对结构多尺度响应与损伤特征进行准确描述的基础上, 能够获得结构易损局部的细观损伤状态、演化过程及其对结构宏观响应与失效的影响。     

高强可焊7A62铝合金的成分设计与跨尺度相强化作用

基于7A62铝合金的成分设计,研究Zn含量和Zn/Mg质量比对Al-Zn-Mg合金强度的影响。采用透射电镜(TEM和HREM)详细地研究7A62铝合金峰值时效的析出相,从多个晶体学方向观察了强化析出相的形貌及其与基体的关系。结果表明:Zn/Mg质量比为2~3、Zn含量增加至6.84%(质量分数)时,7A62合金的强度明显增加。峰值时效后,7A62合金基体形成了体积分数约60%、尺寸小于10 nm的沉淀强化相和体积分数约10%、尺寸为100~200 nm的弥散强化相。基体主要强化析出相是高密度均匀分布的η′相,与基体呈现半共格和晶体取向关系,形成较高晶格错配度;跨尺度位错缠结的弥散强化相是由Al、Zn、Mg、Mn元素组成的平衡相。7A62合金的化学成分和微结构特征使其成为高强可焊的铝合金。