单一平面电容传感器数学模型及有限元解法研究

单一平面电容传感器是木材含水率高精度测量仪器的核心装置,是任意结构形状电容传感器的特例.为了得到单一平面电容传感器数学模型的数值解,该文以一种设定了具体尺寸的单一平面电容传感器为例,描述了将前期研究中所建立的偏微分方程数学模型转换成三维状态下的有限元方程的具体过程.在有限元分析软件FlexPDE环境下对偏微分方程进行求解,得到了木材介电常数与传感器电容值的关系.该结果可应用于工程实际,可以方便地推广到具有一般尺寸和结构的单一平面电容传感器上去.

通海阀内流道优化降低流噪声

针对船舶、潜艇海水管路系统中阀门引起的流噪声问题,采用计算流体力学通用软件Fluent对实际使用中的通海阀内流场分布进行仿真计算,根据该可视化结果分析影响通海阀性能和产生噪声的原因,对通海阀的结构进行改进,提出了一种新型内流道结构.该内流道,可有效降低阀内最低压力、提高阀内最高速度、降低阀内最高湍动能、消除漩涡,能够从根本上降低阀门流噪声.同时为高压通海阀提供一个安全、流畅的内部通道,并对通海阀结构以及流道的优化设计提供指导性建议.

履带自张紧式主臂可变构型机器人机构原理与越障分析

研究一种主臂可变构型履带自张紧式救援机器人,针对履带张紧问题,应用椭圆形成原理,能够从理论上保证机器人构型变化时履带的形变量为0 mm,从而可以获得更好的履带张紧效果;通过引入摆臂三角轮机构丰富了构型变化,提高机器人的越障性能。对机器人攀爬台阶、斜坡及爬越沟道的运动机理进行分析,建立运动学模型。研究结果表明:机器人的实际越障性能与理论计算结果相符,具备良好的越障能力。

高层建筑气动消防炮结构研究与动力学分析

为了解决高层建筑消防问题,提出了采用气动发射灭火弹方式的高层建筑消防炮方案.研究探讨了气动发射式高层建筑消防炮的工作机理,对消防炮的发射机构进行了详细的研究设计.研究中采用了伴随管式发射方式,解决了高压空气发射击发时需要瞬态达到膛内发射全压的难题.利用有限元方法对伴随管强度及撞击过程进行了分析,对击发和发射过程进行了运动学和动力学分析解算.计算分析结果验证了结构方案的可行性.

任意结构形状的电容传感器原理和数学模型

在木材工业中,木材含水率检测应用的单一平面电容传感器都是采用大量实验或近似数学模型实现检测的,难以控制和分析误差。鉴于此,并根据木材的介电常数与其含水率存在着一一对应的关系,该文研究了用于测量介电常数、具有任意几何结构形状的电容传感器。利用静电场及静电场中的导体和电介质的性质等相关理论,在电极和被测物处于任意几何结构形状和任意空间相对位置的状态下,建立了测量介电常数的电容传感器的精确数学模型。以经典物理学中已知结果的球形电容传感器为算例,得到了与传统电磁场理论中完全一样的结果,验证了所建立数学模型的正确性。

气动发射灭火炮伴随管式击发装置研究

研究了一种可以快速加压的气动灭火炮击发装置。采用伴随管随动发射,解决了高压气体发射击发时膛内发射气压需要瞬态达到气室压力的难题。建立了击发过程动力学模型和膛内气体参数模型,给出了击发过程灭火弹运动方程。通过对击发过程进行仿真分析,得到了击发过程膛内气体参数变化特性。研究了不同击发角对击发特性的影响,得到了最优击发角。通过MATLAB软件对击发装置的撞击过程进行了校核。研究结果表明,伴随管式击发装置能有效地解决膛内发射气压瞬态达到气室压力的要求。

小子样状态下舰船特种阀门可靠性评估方法

针对舰船特种阀门可靠性评估比较困难的问题,提出了将Bayes理论和相似性理论相结合的评估新方法.充分利用历史先验信息,并结合现场数据从而获得后验分布;利用相似性理论确定新旧型号阀门的相似度精确值.综合历史后验和后验分布,得到产品可靠性的融合后验.结合实例,对比分析了经典评估方法、传统Bayes方法和新方法所得到的新型号特种阀门可靠性的置信下限,验证了所提出方法的科学性和实用性.研究了新型号阀门的两参数威布尔寿命分布特性,给出了可靠度函数和可靠度寿命表达式,其计算结果可作为产品的接收判据,并在应用中提高了舰船特种阀门可靠性的评估精度,同时可以显著地减少现场试验样本数量.

单一平面电容传感器数学模型的数值解法

单一平面电容传感器是用来测量木材含水率的高精度仪器,属于具有任意结构形状的电容传感器的特例。为研究单一平面传感器数学模型的数值解法,以一种设定了具体尺寸的单一平面电容传感器为例,利用数值分析的一个数值方法——差分离散格式,对笔者前期建立的任意结构形状的电容传感器的偏微分方程数学模型构造了便于计算和研究的离散近似模型。利用该近似模型对单一平面电容传感器的工作状况进行分析,得到了木材介电常数与传感器电容值的关系。

基于直线特征提取匹配搜救机器人的同步定位与地图构建

针对搜救机器人在灾后特征环境下同步定位与地图构建问题,提出了改进动态阈值分裂合并算法,与固定阈值算法相比提高了直线拟合的准确性。推导出匹配条件参数,通过比较始末点距离解决了误匹配,提高了匹配精度。在此基础上,进行全局定位计算。利用最小二乘法进行滤波处理,提高了定位精度。通过仿真与模拟现场实验表明,本文方法能使提取的直线更准确地反映实际地形环境,完成二维栅格地图的实时创建任务。

基于AD7746的微电容检测系统设计

针对木材含水率检测线中的测量微电容的方法繁琐且精度不高的问题,从硬件、软件两方面着手,对其进行设计.硬件的核心部分是电容数字转换芯片AD7746,AD7746利用I2C串口协议和作为下位机的微控制器通信,上位机中的Matlab软件利用串口设备对象和下位机通信,构成一个在线实时高精度的微电容检测系统.该系统应用于木材含水率检测线中,能够精确测量单一平面电容传感器的微电容状态,极大地提高了木制品的质量.

森林灭火航弹智能观瞄投放控制系统设计

研制出一种森林灭火航弹智能观瞄投放控制系统,提高森林灭火航弹的灭火效率。文中以工控机为控制系统核心,通过RS232-CAN转换器向CAN总线分布式通讯节点实时地发布控制命令以及接收反馈数据,实现森林灭火航弹智能观瞄投放控制系统的高效实时可靠运行。文中描述了控制系统的硬件构成以及软件实现流程,并且对控制系统进行了相关功能的调试实验,经过实验验证,设计的森林灭火航弹智能观瞄投放控制系统可以正常运行,完成相应的控制功能。

基于数据融合与神经网络的火灾探测研究

海上平台由于其自身空间狭小、管线设备高度集中等特点,要求其火灾探测系统误报率低.目前,单一类型火灾探测器的误报率非常高,经研究发现同时探测多类型火灾因素可大幅度降低误报率.文中根据多传感器数据融合技术将火灾探测器所测数据进行融合,然后应用BP神经网络进行训练仿真,降低了火灾探测器的误报率,满足了海上平台火灾探测系统的要求.

一种内支架结构对通海阀噪声的影响

在分析某通海阀噪声产生机理的基础上,给出了一种在阀体上镶嵌内支架的降噪措施,并基于CFD原理对该阀内流道进行了仿真计算,获得了阀内流体的压力场、速度场和湍动能场,然后对比了不同安装角度的内支架方案及原阀的流场特点。结果表明:采用安装角度为{105°,150°,105°}的内支架结构能够有效地提高阀内流道的最低压力、减小速度梯度、降低湍动能,从而更有利于防止汽蚀和降低涡流噪声与湍流脉动噪声。

一种宽频压电能量收集装置的建模与实验研究

为拓宽振动压电能量收集装置工作频带宽度,提出一种新型两自由度分段线性能量收集结构,同时为便于未来对该装置进一步的关键参数优化与微小型设计,提出该结构的理论模型并给出解析解结果,通过对实验样机加工与实验平台搭建得到所提出装置发电性能实验结果。对比理论值与实验值表明,所提出装置在第一共振区间与第二共振区间的工作频带宽度分别为2.2 Hz与4.5 Hz,总频带宽度达到6.7 Hz,与相对应两自由度线性系统比较,其拓宽效果达到4.78倍。在误差允许范围内,装置发电性能解析解结果与实验值基本保持一致,所提出装置能够有效拓宽发电工作频带宽度。

分段线性压电能量收集器机电耦合建模

为了减小现有分段线性压电能量收集器的纯机械模型理论值与实验值之间的误差,提出了装置的机电耦合模型,基于该模型给出了装置发电电压的幅频响应关系式,通过加工实验装置及搭建实验平台得到分段线性压电能量收集器发电性能实验结果。实验值与纯机械模型理论值、机电耦合模型理论值的对比表明:所提出的机电耦合模型相对于纯机械模型能够有效减小理论值与实验值之间的误差。在外部激振加速度为2 m/s2,撞击间距为1 mm条件下,装置发电最大电压值相对误差由15.81%减小到12.72%,工作频率宽度的相对误差由24.42%减小到4.41%。同时,对不同激振加速度及不同撞击间距的研究表明,所提出机电耦合模型更适用于分段线性压电能量收集器的进一步参数优化研究。

基于磁流变弹性体多包覆层声学超材料带隙及传输谱特性

在不改变结构的情况下实现声学超材料对外部响应的可调性,一直是声学超材料所面临的挑战之一.因此,本文提出了以磁流变弹性体(MRE)作为单、双包覆层的声学超材料元胞结构,研究其在磁场作用下的可调带隙以及传输谱特性.通过改变作用于包覆层MRE的磁场强度,控制MRE的剪切模量,使声学超材料的带隙和传输谱在磁场作用下具有可调性.应用有限元法对两种声学超材料的带隙及传输谱特性进行了仿真分析.仿真结果表明,在磁场作用下,两种声学超材料的带隙频率和宽度随着磁场强度的增强而增加;传输谱随着磁场强度的增强其最大衰减频率向高频移动,最大衰减量也随之增加.同时,采用质量-弹簧模型对声学超材料的带隙频率进行了估算,仿真结果与估算结果具有很好的一致性.此外,讨论了芯体、壳体的材料参数以及填充率对带隙和传输谱特性的影响.这些研究可为声学超材料对弹性波的主动控制,以及为新型隔振、抑振结构的开发和应用提供理论基础.

先导式深海通海阀流阻系数及开阀力研究

阀门的流阻系数和开启力是评价阀门性能的最重要参数,针对先导式通海阀内流道降噪优化前后对于这两个参数的影响,运用计算流体力学CFX软件对不同外部工作压力及开度下的两种流阻系数进行仿真与试验分析。分析结果表明:在阀门具有较小开度及完全开启时,优化后流道流阻系数小于原流道。同时,对有先导孔和无先导孔的通海阀用CFX软件在不同开度下进行静分析,并依据实际阀杆轴向力影响面确定了轴向力提取面组,提取两种情况下、不同位置阀杆轴向力。分析结果表明:先导孔有助于减小阀门的开阀力,且有先导孔时,阀门的最大开阀力仅为无先导孔时的1/2.通过试验对仿真得到的开启力进行了验证,仿真与试验结果具有非常好的相符性。

动磁式永磁直线无刷直流电机气隙磁场的解析分析

为了解动磁式永磁直线无刷直流电机内气隙磁场的分布,用解析法对电机的气隙磁场进行了数学建模。通过求解拉普拉斯方程,计算了电机内气隙磁场的二维标量磁势,进而得到了电机内气隙磁感应强度的解析式。用建立的解析模型和有限元法分别对定子表面的气隙磁感应强度进行计算,发现两者的计算结果能够很好的吻合,验证了解析模型的正确性。用解析法讨论了占空比、磁极厚度和气隙长度变化对气隙磁感应强度产生的影响,结果表明气隙磁感应强度随永磁体厚度的增加而增大,但会逐渐进入饱和;而气隙磁感应强度也会随着气隙长度的变大而减小。通过对气隙磁场的分析,为相应电机的设计提供了依据。

高层建筑消防炮弹道特性分析与射表编制

高层建筑消防炮主要是为应对高层火灾而研制的一种消防设备.高层建筑消防炮采用气动方式实施远距离发射,灭火弹出膛后在空中自由飞行直至侵彻建筑物玻璃进入火场后起爆灭火.基于高层建筑灭火炮的工作特点,研究了灭火弹在诸力作用下的运动规律,建立了弹道数学模型,结合算例进行了求解.弹道模型主要描述了内弹道过程、标准外弹道分析和非标准气象条件下的外弹道过程.根据所得弹道诸元编制了射表,确定了射表搜索策略,为消防炮控制提供了必要参数.

电磁弹射式森林消防炮的研究

研究了电磁弹射式森林消防炮的基本结构和控制方式,对其建立数学模型,并利用Maxwell2D电磁场有限元分析软件对该模型进行了仿真分析。结果表明:在设定的结构参数和控制方式下,电磁弹射式消防炮模型具有良好的动态性能。另外,探讨了电磁弹射式森林消防炮中直线电机动子的侧向力对消防炮结构产生的影响,以及动子永磁体的退磁问题。