基于作业区域和响应速度的节点布收机械臂优化设计

节点作为油气勘探中数据采集的关键设备,人工布收的工作强度大、重复性高;机械臂具有长时间持续工作等优点,可代替人工布收节点,提高其布收效率;但机械臂结构刚度低、响应速度慢。因此,对机械臂进行了结构优化及轻量化设计,以提高其结构刚性及运动能力。基于旋量理论,建立了节点布收机械臂正运动学方程,以作业区域为约束条件,提出了综合考虑节点布收机械臂的静刚度全域指标和任务方向的速度综合全域指标,建立了节点布收机械臂尺寸优化数学模型;利用多目标粒子群算法,结合变密度法对节点布收机械臂大臂进行了尺寸优化及轻量化设计。结果表明,结构尺寸优化后,节点布收机械臂的静刚度全域指标提升了19.8%,任务方向的速度综合性能提升了8.8%,显著提高了机械臂的刚度及运动能力;大臂轻量化设计后质量降低了14.7%,有利于提高响应速度的运动能力。研究结果对提高油气勘探的准确性和效率具有重要意义。

粘弹性约束阻尼层结构的动力学性能研究

研究粘弹性约束阻尼层结构(简称约束阻尼层结构)的动力学性能。结果表明:丁基橡胶可以较好地应用于约束阻尼层结构的阻尼层材料;约束阻尼层结构可以有效降低50~2050 Hz范围内共振频率处的振动,同时共振频率向低频移动;随着阻尼层材料的损耗因子、储能模量和厚度的增大,约束阻尼层结构的结构损耗因子增大,振动衰减效果明显;约束阻尼层结构的振动衰减的仿真结果与试验结果一致。本研究可为约束阻尼层结构的设计和优化提供参考。

基于Kelvin-Voigt分数阶导数模型的有机硅阻尼材料温频特性研究

黏弹性阻尼材料具有温频等效特性。基于黏弹性材料的Kelvin-Si分数阶导数模型及Vogel-Fulcher-Tammann黏度方程,提出了一种黏弹性材料的分数阶导数时温等效模型Kelvin-Si-TTS,推导出水平及垂直平移因子表达式;并得出了Kelvin-Si分数阶导数模型下的储存模量、损耗模量表达式。以热动态机械分析仪进行223~343 K扫频试验,采用Kelvin-Si-TTS模型获得了不同温度时材料在参考温度293 K下的平移因子,并对黏弹性阻尼材料进行了频率外推。结果表明:对热动态机械分析仪及Kelvin-Si-TTS模型下的平移因子进行拟合时,两者拟合度较高;采用两种平移因子对223~343 K内数据外推,两者均外推到10^(-4)~10^(7)Hz频率范围内,表明Kelvin-Si-TTS模型具有较好的预测能力,同时表明黏弹性阻尼材料可以较好地应用于高频工况下的减振降噪领域;该研究可为黏弹性阻尼材料的动力学性能的机理研究提供一定理论参考。

无人机捷联惯组隔振系统动力学分析与优化设计

针对捷联惯组在无人机中的特殊安装环境,提出了一种在偏移安装环境中实现三轴向等刚度与准解耦隔振系统的设计方法。首先建立了隔振系统的六自由度动力学模型及其动力学方程,对隔振系统进行动力学分析。分析结果表明:当隔振器的轴径刚度比为0.8左右且阻尼比大于0.125时系统可以实现设计要求。最后,设计并制造隔振系统,分别在振动台上以及无人机飞行环境中对其进行试验验证。试验结果与理论计算相吻合:隔振系统有效地削弱了偏移安装环境带来的捷联惯组振动问题,可以实现三轴向等刚度设计与准解耦状态。

DOPO超分子作用阻尼硅材料的动态力学性能

以9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)接入多乙烯基硅油中制得具有超分子作用的硅橡胶阻尼材料(DOPO-PMVSPVMQ)。研究了材料基团之间的超分子作用及其对材料阻尼性能的影响,建立具有超分子修正项的分数阶导数Kelvin-SI模型。采用模型对材料的动态力学性能进行了表征,研究其在不同环境条件下的性能变化情况。模型可以准确有效地对材料在不同温度(240~420 K)、不同频率(1~100 Hz)下的存储模量及损失模量进行描述。材料的存储模量及损耗因子都随着温度的升高逐渐减小,随频率的增加逐渐增大。在研究的温度及频率范围内材料的模量在0.4~0.8 MPa之间,损耗因子在0.15~0.3之间。在宽温宽频范围内,模型修正项贡献率在30%~60%之间。随着温度的升高、频率的增加贡献率逐渐下降,但仍然在20%以上。

弹性体材料应变率相关力学行为模型

研究弹性体材料应变率相关力学行为模型。对弹性体材料在单轴拉伸情况下进行受力分析,得到应力与应变能之间的关系,并在热力学分析的基础上研究材料的内禀时间变量。将内禀时间变量与广义maxwell模型相结合得到表达弹性体材料粘性的模型,并将此模型与Mooney-Rivlin超弹性模型结合建立弹性体材料应变率相关力学行为模型。分析表明,模型中的各项参数与物理事实相符,该模型在减震和缓冲领域具有工程应用价值。

超分子作用阻尼材料的动态力学模型修正

研究了超分子作用对材料阻尼性能的影响,建立具有超分子修正项的分数阶导数Kelvin-SI模型。采用模型对材料的动态力学性能进行描述,研究其在不同环境条件下的性能变化情况。模型可以准确有效地对材料在不同温度(240~420K)、不同频率(1~100Hz)下的存储模量以及损失模量进行描述。未修正的分数阶Kelvin-Voigt模型计算的损失模量偏小而存储模量偏大,拟合程度较差,拟合度R-squared值仅为0.787 3。修正后的材料模型拟合较好,拟合度R-squared值在0.98以上。材料的存储模量以及损耗因子都随着温度的增加逐渐减小,随频率的增加逐渐增大。模型的各项参数与物理事实相符合,参数的变化可以对材料的动态力学行为的变化进行正确的描述。

芳纶短纤维增强硅橡胶阻尼材料的制备及性能研究

以芳纶纤维和苯基硅橡胶为原料,制得芳纶短纤维增强硅橡胶阻尼材料,研究了纤维长度、纤维用量及纤维处理方式对阻尼材料力学性能与阻尼特性的影响。结果表明,硫酸酸蚀处理可增大纤维表面粗糙度,而硅烷偶联剂则附着于纤维表面,实验所涉纤维处理方式中,γ-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷与纤维的结合最好,以其制得的阻尼材料的拉断伸长率最高,达到524%。阻尼材料的弹性模量随纤维长度的增加变化不明显,但随纤维用量的增加而略有增加。纤维长度对阻尼材料的储能模量与损耗因子的影响较小;而随着纤维用量的增加,材料的储能模量与损耗因子增加,使得材料的阻尼性能得到改善。相比于基体硅橡胶,制备的短纤维增强阻尼材料的损耗因子提高明显。

DOPO超分子作用硅橡胶阻尼材料多参数动态力学性能研究

将9,10-二氢--9氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)接入多乙烯基硅油制得含DOPO的多乙烯基硅油,并用于白炭黑的改性。以苯基硅橡胶为基料,添加改性白炭黑制得具有超分子作用的硅橡胶阻尼材料。研究了阻尼材料在温度、频率、振幅多参数环境下的动态力学性能。结果表明:在实验范围内,材料的储能模量随着频率的增加而提高,随着温度、振幅的增加而减小,储能模量变化范围为0. 214~1. 57MPa;损耗模量随着温度的增加而减小、随着频率的增加而提高、随着振幅的增加而先增后减,变化范围为0. 0194~0. 303 MPa,损耗模量最大值在233 K、100 Hz、30μm处;损耗因子随着温度的升高而减小,随着频率、振幅的增加而增大,变化范围为0. 0855~0. 416。材料的储能模量及损耗模量在低温(280 K)、低振幅(50μm)、低频率(20 Hz)环境下变化幅度较大,且均在温度、频率、振幅增长后逐渐趋于稳定。

短纤维增强橡胶材料的力学模型

在材料剪切滞后分析与随机顺序吸收法的基础上建立了短纤维增强橡胶材料(SFRC)的理论模型与有限元模型。通过简化将SFRC模型中的三维随机取向纤维降为二维取向,对短纤维增强阻尼材料的弹性模型进行计算与拟合。结果表明,随纤维体积分数的增大,SFRC的模量逐渐增加。当纤维体积分数为2.00%时,材料的弹性模量增加了约1倍,与试验值基本相符合。有限元分析结果与试验结果相吻合,表明该模型在进行SFRC的力学行为分析时具有一定的真实性。当材料应变在300%以内时,有限元模型可以对SFRC的力学行为进行比较准确的描述。

超分子阻尼硅材料的制备及其宽频域动态力学行为

以多乙烯基硅油(PMVS)、9,10-二氢-9-氧杂-10-磷杂菲-10-氧化物(DOPO)为原料制得DOPO-PMVS阻尼剂,将其加入到甲基乙烯基硅橡胶(VMQ)中制得含DOPO的硅橡胶阻尼材料(VMQ/DOPO-PMVS)。研究了不同温度和频率范围内VMQ/DOPO-PMVS的动态力学性能。结果表明,添加该阻尼剂后,VMQ/DOPO-PMVS在测试频率为1 Hz时的损耗因子从0.13提升至0.22,100 Hz时的损耗因子从0.19提升至0.26;在-50~70℃的宽温域内,WLF方程均能与移位因子良好拟合,且VMQ/DOPO-PMVS的储能模量和损耗模量均在对数域内呈线性变化;当温度超过70℃后,VMQ/DOPO-PMVS的储能模量仍基本呈线性变化,而损耗模量出现拐点;Kelvin-SI模型在10^(-4)~10^4 Hz范围内可有效对VMQ/DOPO-PMVS的动态力学性能进行表征。

短纤维增强苯基硅橡胶隔振器振动特性研究

以芳纶短纤维和苯基硅橡胶为原料制得硅橡胶阻尼材料,进一步制得隔振器,研究了芳纶短纤维含量对隔振器阻尼性能和隔振性能的影响.结果表明,在实验范围内,随着短纤维用量的增加,隔振器的阻尼性能先增后减,隔振器的阻尼因子在短纤维体积分数为6.1%时达到最大值.在低频阶段,隔振器的振动响应量值均大于振动控制量值.随着短纤维的加入,阻尼材料的弹性模量持续增加引起隔振器刚度增加,从而导致隔振器共振频率增大.当短纤维体积分数为6.1%时,隔振器在共振区的功率谱密度值最小,最大值仅为0.104 g^2/Hz,同时隔振效率不仅没有降低,反而增加至68.9%.

热空气老化下黏弹性阻尼硅橡胶寿命预测模型

以压缩永久变形为寿命分析研究对象,研究了常用工况下老化时间对黏弹性阻尼硅橡胶的储能模量、损耗模量及损耗因子的影响,同时采用热空气加速老化试验方法探究了黏弹性阻尼硅橡胶在不同温度(348,363,378,393 K)下压缩永久变形性能保持系数随老化时间的变化规律,并通过对两种老化动力学模型进行研究分析和修正获得了黏弹性阻尼硅橡胶的老化反应速率,此外,还对不同老化动力学模型下老化反应速率对Arrhenius模型的非线性行为进行了分段研究,推测了黏弹性阻尼硅橡胶的储存寿命。结果表明,在室温(298 K)下两种老化动力学模型在储存寿命为10.0 a时的压缩永久变形性能保持系数均为0.60;当选择压缩永久变形性能保持系数为0.50作为失效判据时,黏弹性阻尼硅橡胶的储存寿命分别为20.0 a和19.2 a,使用两种模型所得黏弹性阻尼硅橡胶的储存寿命误差仅为4%。

AO-80/201树脂/BIIR共混阻尼橡胶动态力学性能研究

目的提高丁基橡胶的阻尼性能。方法在溴化丁基中添加201酚醛树脂、受阻酚AO-80制备AO-80/酚醛树脂/BIIR共混阻尼橡胶,采用动态力学分析(DMA)方法研究共混橡胶的动态力学性能。结果 DMA测试表明,随着201酚醛树脂硫化剂用量的增大,使得材料的最佳使用温度向高温方向移动,201树脂添加10份时BIIR/酚醛树脂共混橡胶可获得最大损耗因子0.81。AO-80/酚醛树脂/BIIR共混橡胶中,AO-80的添加使材料的最佳使用温度向高温方向移动,同时AO-80/酚醛树脂/BIIR共混胶tanδ-T曲线呈现双峰特征。当AO-80添加量为30份时,材料tanδ>0.3的温域为-40~60℃。同时研究了不同使用频率和不同使用温度下材料的动力学性能,研究表明,随使用频率的增高,材料的最佳使用温度向高温方向移动,材料使用温度的降低等效于高频作用。最后以约束阻尼层处理方法对新研材料进行了减振性能评估,新研材料减振降噪效果从剩余峰数、阻尼系数、剩余峰高三个方面均优于国外某先进材料。结论 AO-80/酚醛树脂/BIIR共混阻尼橡胶材料具有更好的减振降噪效果。

某飞机火箭控制盒隔振设计与试验

针对某飞机火箭控制盒过振动问题,设计了一套专用的隔振装置。首先通过隔振理论计算了6组不同固有频率和放大倍数的隔振性能,综合考虑隔振性能和耐久性寿命要求选定隔振参数,并计算隔振器的刚度和阻尼;然后针对隔振装置的核心元件,设计了4种不同硬度胶体配方并分别试制了4只试样;基于电子万能材料试验机,对试样进行了刚度和迟滞回线测试,获得胶体刚度和阻尼随硬度变化规律,再根据理论分析所需隔振器参数,拟合得到所需胶体的硬度,并用样件验证;最后基于电磁振动台,设计了一套隔振系统,进行振动功能和振动耐久性寿命考核。试验结果表明:所设计隔振装置的性能可以满足该火箭控制盒的隔振设计要求。

ITO薄膜的制备、光刻及性能测试实验设计

文中就电子科技大学显示器件技术课程ITO薄膜的制备、光刻及性能测试实验进行了深入分析。该实验主要涉及ITO薄膜的制备、图案的刻蚀、ITO薄膜的方阻测试及透过率测试。通过该实验让学生掌握ITO薄膜的制备、薄膜图案的形成及薄膜的性能测试等基本工艺技术。

一种三向等刚度橡胶减振器的研制

根据经典隔振理论、橡胶材料本构模型以及应用有限元仿真技术对某卫星惯性设备进行隔振分析,研制一种三向等刚度橡胶减振器。结果表明,橡胶减振器采用宽温域高阻尼硅橡胶材料与金属材料复合制备,在三向振动频率为(75±5) Hz以及冲击环境下,安装橡胶减振器设备的振动响应量值由19g(g为重力加速度)降至7.7g,冲击量值由8 000g降至500g,满足惯性设备的减振需求。

阻尼材料耐辐照性能研究

对航天领域常用的2种阻尼材料进行了耐辐照性能研究,对比分析了其辐照前后的力学性能、阻尼性能和应力松弛。结果表明,苯基硅橡胶和氟硅橡胶在受到2.9×103rad剂量的辐照后,邵尔A硬度、拉伸强度、拉断伸长率、储能模量、应力保持率均升高,在1~80 Hz内的损耗因子均降低。苯基硅橡胶上述性能的变化幅度小于氟硅橡胶,耐辐照性能更好。

PVMQ/FVMQ共混橡胶的动态力学性能研究

为提高甲基乙烯基苯基硅橡胶(PVMQ)在-55~70℃内的阻尼性能,将PVMQ和氟硅橡胶(FVMQ)通过机械共混,制得PVMQ/FVMQ共混橡胶,研究了不同质量比下共混橡胶的力学性能、动力学性能、相容性和温频特性。结果表明,随着FVMQ共混比例的增大,共混橡胶邵尔A硬度、拉伸强度增加,拉断伸长率降低;但当质量比趋向1∶1时,由于界面或者相容性原因,拉伸强度略有降低。随着FVMQ共混比例的增加,材料在室温下的损耗因子、储能模量、损耗模量增大;当PVMQ/FVMQ质量比大于20∶80时,-55~70℃内的损耗因子大于0.16。PVMQ和FVMQ共混后,出现2个独立损耗峰,且FVMQ相损耗峰向PVMQ相损耗峰靠近;随着试验频率的增加,共混橡胶的损耗峰向高温方向移动,室温环境下高频时的阻尼效果优于低频。

热硫化氟硅橡胶的粘接性能研究

针对氟硅橡胶(FVMQ)与金属的热硫化粘接难题,制备了一种以甲苯、丙酮、乙酸乙酯为溶剂,乙烯基三乙氧基硅烷和乙烯基三特丁基过氧化硅烷为混合偶联剂、双二五硫化剂为助剂、氟硅混炼胶为基体的FVMQ胶粘剂,改善了氟硅橡胶和金属之间的粘接性能,该胶粘剂在室温下粘接剥离强度为1. 66 MPa,可在-50～80℃范围内有效粘接。