复合材料修补前后拉伸损伤的非线性超声Lamb波检测

为了确保复合材料修补结构后续的稳定性,需要利用非线性超声Lamb波对修补后的部位进行健康检测。利用非线性超声Lamb波高次谐波响应技术,对复合材料板胶接修补前后的拉伸损伤进行了实验与仿真研究。通过ABAQUS软件进行有限元建模,采用Hashin准则预测基体拉伸损伤演化,并在拉伸过程中引入平滑分析步,最后通过施加位移载荷模拟Lamb波的传播过程,在实验验证仿真模型可行性的基础上,研究非线性Lamb波高次谐波响应与拉伸位移之间的关系,以及不同拉伸损伤程度对非线性系数的影响。结果表明:与未修补结构相比,经过拉伸后胶接修补结构的损伤面积与二次、三次非线性系数明显降低,说明该方法可以评估工程胶接修补的有效性;随着拉伸位移的增加,二次、三次谐波幅值和非线性系数先增加后减小,在拉伸位移为1 mm时达到最大;借助非线性Lamb波高次谐波技术能够有效地对复合材料修补前后的拉伸损伤程度进行预测。

锂离子电池双螺旋结构流道液冷板数值优化

液冷系统具有高热导率和高比热容,而液冷板在液冷系统中至关重要,液冷板内部流道的结构状态直接影响锂离子电池的最高温度、温度均匀性和温度一致性。为了实现在5C放电速率、环境温度为299.15 K的工作情况下,电池最高温度和温差在安全工作范围内的目标,本工作设计了一种由余弦函数组成的双螺旋状流道液冷板,以电池最高温度和温差为评价指标,运用Ansys Fluent有限元分析软件研究了双螺旋流道不同函数振幅、入口流速、函数周期和流道宽度对冷板散热性能的影响,然后采用正交试验和极差分析对4种影响因素进行重要程度排序。结果表明:入口流速和流道函数周期能够显著影响锂离子电池的最高温度、温度均匀性和温度一致性;增加入口流速、流道宽度和流道函数周期,锂离子电池的最高温度和温差均减小,温度均匀性得到提升;函数振幅对电池温度影响最小。确定了最优结构的组合为振幅25 mm、入口流速0.2 m/s、周期2、流道宽度5 mm。与初始结构相比,优化后的结构电池组最高温度和温差分别降低了2.36 K和1.27 K。

风景园林文化中地域自然景观特征的展现研究

深入探索风景园林设计如何有效捕捉并展现各地域自然景观的独特特征,同时强调了文化元素在风景园林设计中的核心地位。通过细致分析不同地域的自然景观特色,如地形、气候、植被等因素,与风景园林设计之间的密切联系,揭示了风景园林文化在维护和传承地域文化特色方面所扮演的重要角色。进一步阐述了风景园林作为自然美学与人类创造力相结合的产物,不仅仅是一个简单的景观设计实践,更是一种深刻的文化表达与交流的方式。通过对风景园林设计的多角度分析,强调了其在展现地域特色、促进文化交流及保护自然环境中的多重价值和潜力。

弓型悬臂梁微静电谐振器力学建模

根据梁的小变形理论 ,对双侧支承微静电谐振器的弓型悬臂梁进行了理论建模和受力分析研究。推导出其受力和变形计算公式 ,研究表明 ,此种谐振器是五次超静定问题 ;在支承长度和工况相同的情况下 ,它比直脚型悬臂梁谐和蟹脚型悬臂梁的谐振幅度大 ;谐振频率和刚度系数随着纵向支撑长度L、横向短梁长度l3的增加而减小 ,随着梁宽b的增加而增加。

大位移多折叠梁静电驱动器的设计及力学性能分析

针对现有微静电梳状谐振器用作驱动器时输出位移极小的弱点，提出一种结构新颖、输出位移大、能工作于谐振状态和静电力状态下的多折叠梁微静电驱动器设计方案。建立该驱动器的力学分析模型，给出位移、弹性系数和谐振频率的解析公式。研究表明，当特征尺寸相同时，与常用的直脚型和蟹脚型谐振器相比，在相同电压下其输出位移可提高7倍-14倍，而在相同最大应力条件下其位移输出能力可提高4倍-9倍。

静电硅微多折叠梁谐振器设计和试验研究

建立了静电硅微多折叠梁谐振器的横向振动模型,得到了多折叠梁的变形方程和该类谐振器谐振频率的解析表达式。用标准体硅微工艺设计加工出两类共4种该类谐振器,通过试验测定其谐振频率,并用ANSYS软件进行了模态分析。结果表明,该类谐振器谐振频率的理论计算值和ANSYS模拟值与实测值间的相对误差均小于2%,验证了该理论模型的正确性。采用多折叠梁谐振器可以实现低频下大振幅的电能-微机械能的转换。

硅微梳状静电谐振器机械性能试验研究

设计了多类直脚型、弓型梁和多折叠梁谐振器,测量了各谐振器的品质因子和振幅电压比。结合部分直脚型谐振器的实验结果,建立了半经验公式,并利用弓型梁和多折叠梁谐振器的实验结果进行了验证。结果表明所得公式形式简明,计算结果与实测值吻合较好。

单侧支撑静电硅微谐振器的试验研究

对设计梁长120μm、梁宽2μm的单侧折叠梁微谐振器进行试验研究,测定了常温常压下的谐振频率、品质因子以及不同电压下的谐振振幅,并与相同条件下、相同梁长的双侧支撑微谐振器的试验结果进行了对比.研究表明:谐振振幅是直流偏置电压的线性函数,是交流驱动电压的二次幂函数;相同条件下,单侧支撑微谐振器的振幅输出大于双侧支撑微谐振器的振幅输出.

一种基于PVDF的微型热释电发电机研究

依据聚偏氟乙烯(PVDF)薄膜的热释电效应,设计了一种新型的微型热释电发电机.介绍了该发电机的基本结构和工作原理,完成了该发电机的相关实验,并采用有限元方法对该发电机在不同温度差下的输出特性进行了分析.实验结果表明,该发电机的输出电压随匹配电阻的增大而增大,而输出电流反之,并且在20℃和40℃温差下最大瞬时输出功率分别为208μW和475μW.仿真结果表明,随温差的增大,温度随时间的变化率也会增大,并且在20℃和40℃温差下相应的开路电压为689 V和1 380V,通过实验论证了该发电机可以作为能量采集的有效手段.

《机电一体化系统设计》教学改革探讨

分析了目前《机电一体化系统设计》课程教学中存在的问题,提出了教学、工程实践、科研结合的机电一体化教学新模式。

氮化硅陶瓷毛坯球材料性能试验研究

通过对氮化硅陶瓷毛坯球密度、压碎载荷、金相和硬度的试验 ,分析了国内氮化硅陶瓷毛坯球的材料特性及其对轴承整体性能的影响。附图 2幅 ,表 4个 ,参考文献5篇。

轴向磁化永磁微电机最小尺寸分析及研制

在轴向磁化永磁电机设计中,为研究尺寸效应对其性能的影响,采用基于单元边的有限元方法对这种双转子电机的转矩进行了仿真计算,得出了轴向磁化永磁微电机定子线圈线宽和线间距均为50μm的最佳布线密度,分析了电机在结构、转矩和气隙磁场多方面因素共同限制下所能达到的最小尺寸,即精密机械意义上的能满足实际应用的最小电机直径为10 mm,最小厚度为4 mm,通以0.1 A的电流时能获得47μNm的转矩。采用一体化多极磁化方法和深刻蚀成型电铸工艺分别制作了直径10 mm电机的转子永磁体和硅片上的平面定子线圈。分析方法和结果可对该类电机微小型化过程中的设计起指导做用。

基于微制造的多晶硅薄膜型柔性铰链

将宏机械柔性铰链设计思想应用到硅微机械机构设计中,采用表面硅牺牲层工艺制作了结构层厚度为2 μm 的多晶硅薄膜型微机械柔性铰链及在线测试机构,对微米尺度柔性铰链的微机械性能进行了理论和试验研究。以直圆型多晶硅薄膜柔性铰链为例,对其转动刚度采用现有宏机械柔性铰链理论的计算值为8 N·μm／rad,试验测试结果为120N·μm／rad。宏理论计算和微机械测试结果之间的偏差较大,这表明在微尺度效应的影响下,宏机械柔性铰链理论模型不能直接用于薄膜型硅微机械柔性铰链的计算。根据试验数据对宏机械柔性铰链计算公式进行了修正,得到了描述薄膜型硅微机械柔性铰链静态特性的近似经验公式,可满足薄膜型硅微机械柔性铰链的设计与计算。

热致动硅微夹钳实验研究

利用集成的多晶硅电热微致动器,在可控电压下实现了对薄膜型硅微夹钳夹持动作的在线操作.电热微致动器所需要的工作电压低、输出力大、响应时间长,适用于硅微夹钳夹持动作的缓冲及精确控制.根据所建电热微致动器理论模型,通过分别测试微致动器在空载和驱动工况下的输出位移大小,提出了一种通过公式换算间接确定硅微夹钳驱动力的方法.实验结果表明,电热致动器驱动的硅微夹钳具有很好的电压可控性,最高工作电压可达25V.硅微夹钳的开合位移依热致动器的规格不同在0.7～4μm之间.

平面电磁型微电机定转子制作工艺

为了在平面微电机有限大尺寸的定子上制作大深宽比结构的绕组线圈,对大深宽比微结构的制作工艺进行了研究,综合比较各方面因素,从中找出了成品率高、可重复性好、工艺步骤简单的平面线圈的制作工艺,即在Si沟槽里通过微电铸得到大深宽比平面铜线圈的深刻蚀成型电铸工艺;分析了光刻工艺关键参数之间的关系及对后续工艺的影响。通过该工艺制作的直径10mm定子线圈深宽比较大(宽40μm、深80μm),且无空洞。该工艺有很大的深宽比挖掘潜力,也可应用在其他需要较大深宽比平面线圈的微执行器的制作中。

对称变换在对称型微结构建模中的应用

针对对称型微结构中经常遇到对称机构受到沿对称轴的外力作用下的建模问题较复杂,提出了一种把对称变换用于对称结构建模的方法,推导出任意两个关于X轴、Y轴和原点对称的结构间的对称变换关系.该方法既能充分利用结构的对称性简化求解过程,又能兼顾外力对该结构整体变形及约束反力的非对称性影响,有效地提高了建模效率,减少了建模过程中的失误.通过对蟹脚型微谐振器建模实例的验证,说明此方法可以在对称型微结构建模中应用.

虚拟制造技术在农业机械制造中的应用

当前,国际农机市场的竞争非常激烈,农业机械产品的更新节奏非常快,智能化需求越来越突出。而中国农机行业产品开发存在着产品仿制多、创新少,可靠性差,开发周期长,投产上市速度慢等主要问题。基于上述因素,一种新的先进制造模式——虚拟制造,在世界范围内得到了研究机构和企业的高度重视。并在企业向柔性化、集成化、信息化、智能化发展的今天,发挥越来越重要的作用。

微型机器人驱动技术发展及现状分析

本文介绍了微型机器人驱动技术的特点,对基于不同原理的驱动形式进行了概括总结,综述了国内外的研究现状,并对微型机器人驱动形式进行了分析和展望.分析了面向不同应用领域的微机器人适用的驱动形式,指出无线化是微机器人技术的一个发展方向,磁场驱动技术、微加工技术和智能材料技术的发展将极大地推动微机器人向人体体内医疗领域应用的延伸.

柔性膜式微型电磁驱动器的设计与仿真分析

硅橡胶具有生物兼容性好且制作技术与微细加工工艺兼容的优点,采用硅橡胶作为MEMS驱动器中的振动膜具有较好的应用前景。研究了一种微型电磁驱动器,由内嵌永磁体阵列的柔性硅橡胶(PDMS)振动膜和线圈两层构成,采用电镀工艺制作线圈层;采用电镀方法制作磁体阵列,由甩胶机旋涂硅橡胶并进行固化,制作内嵌磁体阵列的硅橡胶膜,对磁体磁化后可作为双向驱动器。对该驱动器进行了理论分析与数值模拟,采用有限元分析工具ANSYS对微驱动器的电磁驱动力及其挠度进行分析,二者结果基本一致,振动膜中心最大挠度的分析误差为7.96%,其一阶固有频率的分析误差为16.1%。

弓型梁静电硅微谐振器建模与实验

根据梁的小变形理论和位移叠加原理,建立了弓型梁微谐振器的横向振动模型,得到了弓型复杂梁的变形方程和该类谐振器谐振频率的解析表达式。通过ANSYS软件的模拟分析,及对用体硅工艺制作的两种类型弓型梁谐振器的谐振频率实验实测,表明该谐振器的1阶横向谐振频率的计算值与实测值间的相对误差及ANSYS模拟值与实测值间的相对误差均小于3%,验证了所建模型的正确性。