岩土离心模型试验软接触式微型土压计研制及性能评价

微型土压计是岩土离心模型试验的重要测量技术之一。为解决刚性土压计测量中拱效应、尺寸效应、厚径比等经典误差问题及提升频响速率和精度,尝试开发了一种全新软接触式微型土压计ESP-II,介绍了其技术创新和设计方法。以两种国际代表性土压计为参考,设计开展一系列离心模型试验,对其感应精度、速率和适用性进行评价。主要结论:①逐级加载离心加速度5g~50g试验下,各深度ESP-II和两种参考传感器测试结果与理论值的平均误差分别为5.16%,6.70%,4.85%,三者沿深度拟合K_(0)优度系数R^(2)均≥0.9893。②脉冲荷载试验中ESP-II最大响应时间约7.8 ms,略优于两种参考传感器,具有良好的频响速率。③不同幅值正弦、地震等动荷载试验下,3种传感器测得土压力均呈一致增量趋势,K_(0)约由0.43~0.45增至0.51~0.56,与既有规律认识吻合。④离心机下降卸荷过程中,ESP-II测得时程表现良好连续性和光滑性,反映软接触式设计有利于保障土体与传感器良好接触和稳定响应。研究成果,初步证明了软接触式土压计适应于静、动力离心试验需求,具有重要价值与应用前景。

非铁磁材料表面波电磁超声换能器接收性能分析与优化设计

电磁超声换能器(electromagnetic acoustic transducer,EMAT)接收信号十分微弱,限制了电磁超声无损检测技术的应用。通过对表面波电磁超声换能器进行发射–接收过程多物理场有限元的建模与分析,发现换能器几何参数对其接收性能具有重要影响。为此,在所建有限元模型基础上,利用正交试验设计方法提取了影响EMAT接收性能的关键参数并对EMAT几何参数进行了优化设计。优化后电磁超声接收电压峰峰值增长为优化前的1.41倍。设计了一种同向6根导线结构的曲折线圈,又将接收电压提高至优化后的3.83倍,大大提高了EMAT的接收性能。最后,实验验证了模型和优化设计方法的有效性。

新型灵巧手指六维力传感器参数设计方法研究

研究机器人力传感器性能与其结构参数关系 ,对机器人力传感器结构参数的合理选择有重要意义。提出了一种以等平台Stewart机构为原形的新型机器人灵巧手指六维力传感器 ,基于对其位移刚度椭球和扭转刚度椭球的分析 ,分别定义了其位移刚度和扭转刚度各向同性性能指标 ,并以性能图谱的形式给出了性能指标与结构参数关系 。

基于正交设计的土压力传感器匹配误差分析

针对双膜平动式土压力传感器的结构特点,建立了简化分析模型,基于正交设计对传感器与土介质的相互作用特性进行了有限元计算,并通过标定试验验证了计算结果的合理性。研究表明:1)传感器与土介质的模量比Eg/Es、传感器厚度H、直径D的交互作用只在Eg/Es>1后对匹配误差β有显著影响,但均小于各因素自身对β的影响程度;2)Eg/Es<1时,影响β的因素主次顺序为Eg/Es>H>D;1<Eg/Es<5时,主次顺序为Eg/Es>D>H;Eg/Es>5后,主次顺序为D>H>Eg/Es;3)β具有随H基本呈线性增加,随D非线性减小的特性;4)Eg/Es是控制β的关键因素;Eg/Es<1时,β变化剧烈;Eg/Es>1后,β随Eg/Es增加而逐渐趋于稳定;Eg/Es≥6.45,8.17,12.18后,对应的β分别约为稳定值的90%,9 5%,99%以上。

弯张换能器的发展简史及展望

本文简要地回顾了弯张换能器的发展史，阐述了各型弯张换能器的结构特点，着重比较了实际中广泛应用的ＩＶ型和ＶＩ型的不同之处，并从理论设计方法和驱动元件材料两方面，论述了现代弯张换能器的发展趋势。

心脏TTO三维超声成像影响因素的实验研究

目的探索心脏多平面经胸(TTO)三维超声检查优化方案。方法选择影响TTO检查的采样角度间隔、后处理、对比度、图像增益、能量、频率融合及余辉等7个因素 ,各因素下设三个水平 ,按正交试验设计 (L1837)对12只离体猪心进行TTO采样 ,并以三维重建效率为考核指标 ,评价各因素各水平的重要性。结果各因素对三维重建效率均起到一定的作用 ,其中采样角度间隔所起作用最大。按各因素平均极差值大小排序 ,各因素最大值分别位于 :采样角度间隔3°及设置能量0、后处理D、余辉0、频率融合F3、图像增益90、对比度20。采用上述方案能在较短时间内获得较理想的心脏TTO三维超声检查。结论探索合理的TTO三维超声检查方法 ,有利于促进该技术在心脏病诊断中的应用。

脉冲型流量传感器检定仪的设计和应用

利用双时间法设计了用于检定脉冲型流量传感器仪表系数的检定仪。可用较小的标准容器校验较大口径的流量传感器。试验表明 ,该检定仪使用方便、工作可靠、计数精度高 ,并可缩短检定时间。

《结构设计方法》多元化培训方法探讨

《结构设计方法》是一门理论与实紧密结合的设计师培训项目。在该项目实施过程中,我们提出了针对不同内容,采用包括教师理论培训、实验室参观见学、工程专家案例培训、参训者团队研讨等的多元化培训方法(Diversified Training Method,DTM)。论文通过参训者团队的评价,指出DTM有利于参训者多种能力的培养,适合应用于其它工程应用型培训项目中。

一种机械扫描式精密相移测长方法

以相移干涉测长为应用背景,提出了一种基于"机械扫描"的相移测长方法。利用超高弹性石英材料研制出了干涉测长所需的单体3路相移装置,并利用该相移装置建成了相移测长装置,成功地将位移传感器的量值在线溯源到光学频率标准,从而实现了对3路相移的准确测量。介绍了一种引入步长控制误差的"新五幅相移"实现相位解算方法,算法准确度达到0.01%。对不确定度的定量分析结果表明,基于该机械扫描式相移技术构建的绝对长度测量系统准确度可达0.5nm。

一体化式超声喷射装置的仿真研制

针对传统超声喷射装置存在的实验结果可再现性差、超声喷头易被腐蚀污染等问题,采用DTM(Design Transducers Methods)软件进行模拟仿真,设计了一套一体化式超声喷射装置。首先,将换能器和变幅杆的结构模拟为变截面杆,按照一维纵振动模式构建力学模型并计算出其理论尺寸;然后,通过DTM软件进行模拟仿真、评估及优化设计,得到各部件的优选材质及最优尺寸;最后,利用PF9801型电参数测量仪和HP 4194A阻抗分析仪对所设计完成的实验装置实物进行了检测。结果显示:一体化式超声喷射装置的发射功率为80 W,换能器阻抗为10.9Ω,相角为-5°,接近纯阻性,换能器无功损耗低,电声转换效率高;共振频率为20.7 kHz,与设计值20.0 kHz相比,误差为3.5%,满足设计需求。