智能软材料热-电-化-力学耦合问题的研究进展

评述了聚合物胶体、水凝胶以及关节软骨等典型智能软材料的多场耦合力学问题的国内外研究现状,重点讨论了这类智能软材料以化学扩散为特征的热-电-化-力学耦合的基本理论和研究方法.详细介绍了具有代表性的国内外主要研究团体的研究进展.阐述了基于热力学理论和哈密顿原理所建立的一般性热-电-化-力学多场耦合理论框架.作为典型特例,针对等温过程的化学-力学耦合的本构关系和控制方程,证明了化学-力学耦合理论架构的封闭性.建立了化学-力学耦合系统的有限元列式,得到了一维化学-力学耦合问题的解析解,并通过数值算例分析了水凝胶和关节软骨的多场耦合作用.最后,展望了智能软材料多场耦合问题的未来研究重点和发展趋势.

催化剂晶面工程在光/电催化中的研究进展

通过光/电催化技术将太阳能或电能转换为化学能对于缓解能源危机展现出巨大的潜力,因此,将晶面工程用于光/电催化材料的研究备受关注.不同表面原子组成和不同表面能晶面会直接影响反应的性能、稳定性、中间产物以及增值化学品的生成,因此深入研究晶面工程影响光/电催化的过程成为既具挑战性又富有吸引力的课题.近年来,从基础科学研究到实际应用,晶面工程在光/电催化反应均取得显著进展,为了进一步提高光/电催化效率,为催化剂晶面工程设计提供指导,对最近的研究成果进行全面而系统的总结尤为重要.本文从晶面工程的微观机制、晶面的可控制备方法、晶面工程在光/电催化领域中的应用以及晶面工程的设计原理及突破方向等四个方面综述了晶面的研究进展.概括了晶面工程的微观机制以及如何影响光/电催化反应,讨论了利用先进的光谱表征直接跟踪催化剂化学态的动态演变以判断晶面催化剂的活性位点,并总结了如何通过吸附、晶面能级、空间电荷、过渡态等理论分析间接判断晶面微观作用机制.强调了晶面可控制备方法,如通过封端剂的使用、pH值调控和前驱体水解等方法调控成核和生长速率进而控制不同晶面的各向异性生长,介绍了晶面工程在光/电催化二氧化碳还原、产氢和固氮等方面的应用,并着重探讨了晶面如何影响光/电催化反应的性能和选择性,总结了晶面工程的设计策略和突破方向,探讨了传统修饰策略包括电催化剂充当光催化剂特定晶面的助催化剂、构建晶面结、在晶面中引入缺陷、掺杂等,以及新兴修饰手段如单/双原子催化剂的铆定、晶面与表面等离子体基元共振效应耦合、晶面的自旋态调控、压电势调节等对晶面催化剂的积极影响.最后,本文提出了晶面工程面临的一些挑战:(1)传统意义上的高活性晶面与性能之间的关系仍不明确;(2)材料稳定性问题的解决将对晶面工程的实际应用具有重要意义;(3)继续开发新的可控制备方法十分必要.综上,本文从晶面研究角度对于高性能光/电材料的设计合成提供一定的参考和借鉴.

开关点电可调节的MEMS冲击加速度锁定开关

介绍了一种基于机电耦合原理的新型冲击加速度MEMS开关.此开关的阈值开关点可以通过偏置电压的改变进行调节设置,同时具有自锁定功能.文中分析了这种开关的准静态加速度静力学平衡条件和在阶跃冲击加速度输入情况下的响应特性,并通过CoventorWare软件模拟,得到悬臂梁型开关在各种加速度输入信号（阶跃、脉冲和半正弦）情况下的瞬态响应过程.开关的实际阈值范围为1000-5000g,响应速度小于60μs.采用MEMS技术制造开关,并通过冲击加速度测试验证了设计结果.

基于偶应力理论的压杆屈曲载荷的尺寸效应

许多微尺度实验证实,一些材料在微尺度下的力学性能存在尺寸效应。基于修正偶应力理论研究细长压杆屈曲载荷的尺寸效应,利用变分原理得到细长压杆屈曲的控制方程和边界条件,求解相应的屈曲边界值问题。结果表明,当细长压杆的特征尺寸与其材料本征尺度参数相当时,其屈曲载荷显著增大,表现出明显的尺寸效应;而当细长压杆的特征尺寸远大于其材料本征尺度参数时,其屈曲载荷与传统理论值基本相等,即其尺寸效应消失。

电动汽车机电复合回馈制动模拟试验台设计

为深入研究电动汽车机电复合回馈制动过程,评估各种回馈制动控制策略的有效性,设计了一种缩小比例的电动汽车机电复合回馈制动模拟试验台。基于相似原理,详细推导出了缩比试验和原型试验物理量之间相似关系的系列方程;利用模块化思想设计了试验台结构,根据电动汽车制动转矩的实际控制过程,确定了试验台控制方案,并采用虚拟仪器技术开发了试验台的测控软件。在制动能量最大化机电复合回馈制动模糊控制策略下,以试验台电机转速为1 530 r/min为初始转速(对应初始制动车速为60 km/h),进行匀减速制动试验,实际制动转矩能很好地跟随理论需求制动转矩变化而变化;以超级电容吸收的电机回馈能量计算,相对消耗的总制动能,能量回馈率达到了5.1%。试验结果表明,模拟试验台较好地实现了电动汽车机电复合回馈制动过程,并可用于评估控制策略的有效性。

复合式电旋风除尘器的除尘机理与效率的理论分析

对复合式电旋风除尘器的除尘机理进行了分析,认为在紧凑空间内交互实现了离心、静电、碰撞、电场抑制、凝聚五种颗粒分离作用,其整个分离过程都离不开Stokes力、离心力及静电力的作用,它们是由除尘器的具体结构和电极布置位置决定的。给出了切向流反转式电旋风除尘器整体除尘效率的计算方法和相关公式。经过多种设计计算和实际测试数据的对比,验证了该方法具有实际应用意义。

微驱动器的研究与发展

微电子机械系统(Micro Electro Mechanical Systems,简称MEMS)是在微电子技术的基础上兴起的一门应用技术,微驱动器是MEMS的重要组成部分。首先阐述了几种新型驱动原理:机械化学驱动、渗透驱动、生物能源驱动、仿生驱动、光致伸缩驱动,接下来介绍了常用驱动技术压电驱动、静电驱动、磁致伸缩驱动和气动驱动的当前研究成果。总结了常用微驱动器的驱动方式及特征。提出了目前研究中存在的主要问题,在此基础上简要分析了微驱动器的发展前景。

电脉冲破岩钻进技术研究进展

随着石油、天然气、地热井等勘探开发钻井深度的不断增加,传统的机械钻井方法表现出效率低、能耗高等缺点,因此有必要研发新型高效的破岩钻进技术。电脉冲钻进具有破岩效率高、能耗低、井壁质量好等优点,是目前一种非常具有潜力的新型高效破岩方式。介绍了高压电脉冲放电破岩分类、电脉冲钻进技术应用前景、电脉冲钻进原理及电脉冲破岩钻进研究现状,并对电脉冲破岩钻进装置、电脉冲破岩过程及电脉冲钻进基础理论等的研究进展进行了分析。在总结电脉冲钻进岩石破碎研究存在不足的基础上,探讨了电脉冲钻进技术可能的发展趋势与研究方向。

地震勘探检波器原理和特性及有关问题分析

在地震勘探工作中,由于对检波器的原理和性能了解和认识得不够,致使在检波器的选择和使用上存在着一些不当之处,不清楚检波器的参数与响应特性之间的关系,以及这些参数对地震信号的影响,在检波器使用和对比时往往针对性不强。为此,从检波器的振动力学原理入手,分析了位移、速度和加速度3种类型检波器的频率响应特性,并阐述了检波器不同的机电转换原理;在此基础上,深入分析了检波器的特性参数对地震信号的影响以及地震勘探对检波器性能和参数的要求。根据地震勘探中地震波冲击振动信号的特点,认为具有频率范围宽、动态范围大、失真度小、灵敏度高、检波器允差小等特点的检波器才能满足地震勘探的需要。同时,对目前检波器使用中的一些做法进行了探讨,尤其是检波器对比试验中存在的问题。综合分析认为,只有掌握了检波器的原理、性能和参数,才能正确地选择和使用检波器。

复杂微结构偏轴刚度的求解

微传感器结构刚度是优化传感器结构尺寸、研究传感器动力学特性的一个重要参数。目前多采用有限元分析获取这一参数,但该方法难于给出一个物理思想比较明确的解析表达式。文中依托自主设计的一种具有复杂微结构的二维加速度传感器,综合运用力法和功能原理推导微结构偏轴刚度的解析式,为实现考虑交叉干扰因素的微结构几何参数优化奠定基础。推导中全面考虑各变形梁的影响,所以理论计算值与仿真值吻合。推广应用算例表明,该方法具有普遍意义,可应用于具有对称、超静定特征的复杂微结构的位移计算和刚度分析。

一种热温差式悬空结构气体流量传感器设计

基于热温差原理,利用MEMS技术加工制备出高灵敏度微型气体流量传感器。该流量传感器采用热敏电阻器悬空结构,其热隔离性能较好,并利用温度系数大的VO2制备热敏电阻器;同时,利用机械性能和密封性能好的SU—8胶制备气流沟道,工艺简单,稳定性好,且成本较低,适合批量生产。实验表明:当传感器处于适当偏压下时,在0～30 mL/min的流速范围内响应速度快,灵敏度高,而且具有良好的线性度,适合生化检测、医疗等领域的应用。

多用途变速箱试验台

采用锥度轮轴连接和注油压装技术设计制造的机电结合变速箱试验台,具有性能可靠、体积小、性价比突出、安全方便和通用性强等优点。对煤矿车辆、铁路车辆、汽车及同类机械制造具有重要实用价值。

汽车电子机械制动关键技术分析

在科学技术不断发展的时代背景下,电子机械制动技术受到了广泛关注,为了提升其可控性和响应效率,要结合关键技术要求打造更加合理的技术升级方案,从而满足汽车行业可持续发展要求。本文分析了汽车电子机械制动系统的市场价值,并从结构和原理方面阐释了汽车电子机械制动的内容,最后对汽车电子机械制动关键技术予以讨论。

MEMS微梁粘着动力分析

针对严重影响MEMS性能和可靠性的微梁粘着问题,根据W-S微观连续介质理论,建立了粘着力数学模型;针对粘着力对微梁刚度的强非线性影响,利用单元离散法,通过对粘着力时空变量相分离,对500μm×1μm×0.1μm表面镀金的微悬臂梁粘着进行了动力仿真,发现了“跳跃粘着”现象,从而为微梁的系统研究提供理论基础。

MEMS电子听诊器微结构设计与验证

根据国内医疗应用市场对电子听诊器的需求,结合压阻原理与MEMS加工技术设计了一种具有体积小、灵敏度高等优点的MEMS电子听诊器。该听诊器可通过内部MEMS微结构接收心音并完成声电换能,所产生的电信号可方便地由后端电路进行采集与存储。首先建立微结构的力学模型,根据应用需求设计微结构的尺寸参数;其次通过有限元软件进行仿真验证;最后加工制作出听诊器样机并进行测试。测试结果表明该种MEMS听诊器可有效获取心音信号并将其转化为电信号。将MEMS压阻式传感器应用于临床听诊为心音采集提出了一种新思路,具有广泛的应用前景。

电液伺服阀的故障机理与分析

电液伺服系统的复杂性、各领域采用它的要求高,激发整体系统的故障诊断技术的不断地发展。针对电液伺服系统的故障机理较为复杂,需逐一分析其主要元件——电液伺服阀的故障机理现象与原因,对电液伺服系统及其主要元件的建模和故障仿真研究具有一定的理论参考意义。

温度影响下的电液伺服阀故障机理分析

通过分析双喷嘴挡板式电液伺服阀的结构及工作原理,从力矩马达、前置级喷嘴挡板阀、功率级滑阀、液压油及密封件入手,深入研究各组成部分在温度影响下的特性变化及故障发生机理,为电液伺服阀的温度特性研究奠定了一定的基础。

电压和压力载荷下圆形薄膜压电驱动器形变分析

薄膜压电驱动器驱动均匀气体压力载荷时具有不同的形变特征.根据基尔霍夫薄板原理,采用最小能量法和里兹法建立了圆形薄膜压电驱动器耦合均匀压力载荷条件下的静态形变模型.分别在电压驱动、压力驱动以及电压与压力共同驱动条件下,实验测试了驱动器的形变特征,并与计算模型对比,发现最大相对误差在9.3%以内,验证了模型的可靠性.基于建立的形变模型,分别讨论了驱动器压电层与弹性基层的半径比和厚度比对驱动器形变的影响,分析了均匀压力载荷条件下驱动器的形变特性.结果表明,薄膜压电驱动器存在最佳的半径比和最佳的厚度比,并且在均匀压力载荷下,驱动器半径比低于0.71时会明显导致驱动器的边缘处出现反向形变,不利于驱动.

Research on New Testing Method and Instrument of Clothing Pressure

This paper discusses the formation of the fabric clothingpressure,the efforts of the human body and the impor-tance of the clothing pressure measurement.Several as-pects such as setting up the scientific and simple measur-ing method of the clothing pressure,the designing andmaking the measuring instruments are emphasized.Bymeans of experimental testing and analysis,some usefulresults can be derived from these works.