微型振动能量收集器的研究现状及发展趋势

综述了最近几年国内外微型振动能量收集器的研究状况,重点介绍了被广泛应用的压电式振动能量收集器和电磁式振动能量收集器,简要阐明微型振动能量收集器实现大规模商业化产品的可能性。根据微型振动能量收集器的工作方式和结构特点对其进行了分类,并且分别列举出了各种类型能量收集器的突出研究成果,详细介绍了各种类型振动能量收集器的基本工作原理和工作性能,对比各种结构的优缺点,总结各类微型振动能量收集器的适用范围和存在的问题。最后,分别从能量收集器的结构尺寸、材料性能和能量收集电路三个方面对微型振动能量收集器的发展趋势进行了展望。

基于iSIGHT的多学科优化方法研究

多学科协同建模、仿真、优化是提高复杂产品设计质量的有效途径之一,针对在机构设计中过度考虑安全因素,导致材料浪费的问题,研究了在iSIGHT多学科优化平台上利用CAD/CAE学科软件搭建的装载机执行机构的多柔体虚拟样机模型。介绍了面向模型的多领域协同仿真技术及基于系统过程集成和命令文件解析的建模技术。应用多学科变量耦合优化算法有效地解决了子系统之间的耦合和并行优化设计。从结果分析中可以看出,用该方法有效地实现了装载机执行机构的轻量化设计。

海底热液口温度场高精度声学测量方法研究

介绍了海底热液口温度场原位声学测量的基本原理、总体最小二乘重建方法和抛物插值算法。在云南省龙陵县茄子山水库进行湖底试验研究,基于总体最小二乘重建方法准确地还原出湖底热泉的温度场原位分布;将抛物插值算法应用于声波飞渡时间延时估计,并对抛物插值前后重建出的温度场进行最大绝对误差、最大相对误差和均方根误差分析。实验表明:总体最小二乘重建方法和抛物插值算法可用于海底热液口温度场的原位测量,且重建精度比较高。

阀控液压位置伺服系统管路压力冲击研究

为了进行阀控液压系统中管路压力冲击研究,建立了系统的数学模型。该模型不仅包含了伺服阀、液压缸、泵、溢流阀等元件,同时还考虑了管路对系统动态性能的影响。利用Matlab里面的Simulink工具包,在该模型上对阀控液压系统液压缸位移阶跃响应和位置伺服控制时负载压力变化进行了仿真分析,对系统液压冲击产生的现象进行了研究。仿真结果显示,该数学模型比较真实地反映了系统的工作情况。

一种新型静水压力海底沉积物取芯器能量转换效率研究

提出一种新型静水压力驱动的海底沉积物取芯器,它能充分利用海水的静水压力能以冲击打桩的形式采集柱状沉积物。取芯器内部的液压驱动单元将海水的静水压力能转换成取芯器冲击头的动能,冲击头以一定速度反复撞击取样管,使之插入沉积物中,因此液压驱动单元的能量转换效率是影响取芯器性能的关键因素。基于以上分析,利用AMEsim软件构建取芯器内部液压驱动单元模型并将仿真结果与试验结果进行对比验证,模型验证正确后,在现有模型的基础上将模型中提供压力的水泵替换成理想压力源来进一步研究液压驱动单元在海洋环境下的动作情况及能量转换效率,从而得到提高能量转换效率的方法。研究结果表明通过优化液压驱动单元尺寸及根据取样水深调节取芯器冲击头质量,系统能量转换效率能得到显著的提高。

海底沉积物取样的扰动机理研究

海底沉积物取样技术对大洋诸多科学研究来说非常重要,各种研究目标的实现与沉积物样品的质量息息相关.在使用常规管状取样器对松软或轻微固结的沉积物取样时,沉积物样品的扰动总是不可避免的.以机械手持式沉积物取样器为原型机,建立了管状取样器的取样过程模型,分析了沉积物样品的扰动机理;采用球形孔扩张理论获得了沉积物土体受到取样管挤压扩张的理论解;结合太平洋具体沉积物土体物理力学参数,对管状取样器取样造成沉积物扰动的状况给出了一个定量描述,并且提出取样管壁的厚度是减小沉积物扰动的关键参数.

海底热液温度场声学测量系统的初步研究

研制一套海底热液声学温度场测量系统.在测量平面周围布置多个水声换能器,分别测得每两个换能器之间的声波飞渡时间.根据海水中声速与海水温度之间的关系,使用最小二乘重建算法对测量平面内的温度场进行重建,论述了水声换能器声中心距离校正,广义互相关时延估计以及总体最小二乘重建算法等关键技术在系统中的应用.进行了水声换能器声中心距离校正和声学测温实验,给出结果并进行了误差分析.声学测温实验结果最大绝对误差3.2k,最大相对误差1.02%,均方根误差0.44%,温度场形态和实际温度分布基本吻合,验证了测量系统及其关键技术的可行性.

海底沉积物保真采样技术研究进展

海底沉积物保真采样对于诸多海洋科学研究非常重要,各种研究目标的实现与沉积物样品的原位信息密切相关。本文论述了海底沉积物保真采样的目的和意义,提出了保真采样的定义,介绍了保真采样器的发展现状。论文重点讨论了保真采样器在采样过程中所涉及的共性关键技术。在此基础上,介绍了我国重力活塞式天然气水合物保真采样器的研究进展。最后,提出了关于发展我国保真采样技术的如下几点设想:1)重视沉积物低扰动技术研究,为相关海洋科学研究提供样品层次清晰、物质成分完备的沉积物样品。2)与HYACINTH计划类似,为适应不同海底地质条件,开发系列保真采样器。对松软的非岩性沉积物(从软泥、沙到砂砾)采样时,可采用重力驱动或震动冲击驱动保真采样装置;对硬质岩化的沉积物采样时,可采用回转式保真采样装置。3)重点开展沉积物样品无压降转移技术。实现实验室内的保真分析、存储和小段样品获取,开展原位压力条件下沉积物样品的地球物理学测试、地球化学、微生物、和石油物理学等研究分析。4)开展长柱状沉积物保真采样技术研究,为我国天然气水合物研究提供技术保障。

基于多参数化学传感器的海底热液探测方法研究

基于热液及其羽状流的化学异常提出了一种海底热液的化学式探测方法。根据自行开发的Eh.Ag/Ag2S和pH三种化学电极,设计了多参数化学传感器系统。通过海试证明多参数化学传感器可灵敏地检测出由热液异常引起的化学量变化,并在长达半年的多次使用中表现出其稳定性好、寿命长的特点。在东太平洋中脊(EPR)赤道区域和西南印度洋中脊(SWIR)的60条测线中,获得有效测线55条,其中在29条测线上发现明显或可能的热液异常。研究表明,应用多参数化学传感器探测进行海底热液化学异常,是一种有效的方法。

深海热液采样阀PEEK阀芯疲劳寿命研究

通过分析深海热液采样阀PEEK阀芯的实际工作情况,综合考虑几何尺寸、应力集中以及加载方式等因素的影响,研究PEEK阀芯在峰值为70MPa脉动工作压力下的疲劳寿命.运用传统名义应力法,由PEEK材料的应力-疲劳寿命曲线求得PEEK阀芯在工作过程中的应力-疲劳寿命曲线,结合疲劳损伤累积理论估算出阀芯的疲劳寿命.在实验中模拟取出样品过程,对同一批次的多个阀芯进行疲劳寿命试验,试验结果的一致性较好且与理论估算结果相吻合.PEEK阀芯在工作条件下的疲劳寿命为7个工作周期,阀芯的疲劳断裂符合疲劳损伤累积理论.

舟山特定海域三维水流数值模拟研究

舟山海域为长江径流水体南下的必经之路,该海域的水动力条件受周围地形、长江径流以及杭州湾-东海潮流的综合影响,极具特殊性。针对目前缺少特定海域模拟分析的情况,对舟山岛南部至宁波穿山半岛之间特定海域进行了研究。通过建立该海域三维网格模型,结合ADCP走航实验获取实际流速数据,使用Fluent软件进行了数值模拟,以获得该海域流速模型。并在此基础上,对所得模型中流速较大的海域进行了分析研究。研究结果表明:涨潮时,螺头水道最高流速为1.6 m/s^2.1 m/s,出现在摘箬山岛及小猫山南部海域;退潮时,最高流速为1.5 m/s^2.1 m/s,出现在宁波穿山半岛的北侧及螺头水道东段出口边界处,并在宁波穿山半岛北部发现存在近岸"回流"。通过该模型可获得舟山海域实际流速,对于工程应用具有一定的参考价值。

水下声学温度场测量方法的抗差性研究

传统的最小二乘法不具备抗御粗差的能力.当参与温度场重建的声学数据中包含粗差时,容易导致重建的失败.针对水下测得的声学数据中不可避免地含有粗差的情况,将抗差最小二乘法引入温度场重建.依据飞渡时间计算值的范围,建立飞渡时间数据预处理程序,找出实验数据中的粗差,增加了温度场还原过程的抗差性.实验结果表明,以上措施能在一定程度上抑制粗差对温度场重建结果的影响.

汽车离合器操纵舒适度的模糊综合评价研究

为改善汽车驾驶舒适性能,以汽车离合器作为评判对象,探讨了一种基于模糊理论的离合器操纵舒适性综合评价方法。分析了膜片弹簧离合器静态工作原理,在"人—车—环境"闭环系统中,利用模糊综合评判理论,建立了影响其操纵舒适度的因素评价指标体系,利用多级模糊综合评判方法对离合器操纵舒适度进行了综合评价。实例试验表明,模糊综合评判方法可以较客观地实现对离合器操纵舒适度的主观评价。

海底沉积物取样扰动的有限元研究

应用非线性有限元分析方法,对管状取样器取样过程中的沉积物扰动状况进行了研究。建立了取样管与沉积物接触的二维轴对称有限元模型。重点分析了取样时取样管内沉积物的变形、应力和应变状况。有限元分析结果表明了取样管贯入过程中沉积物应力、应变均产生了变化,扰动显著。证实了工程实际中取样所造成的沉积物样品原始层序混杂或弯曲变形、长度缩短等扰动的后果。海底沉积物的低扰动取样样品对于诸多海洋科学研究非常重要。

新型深水天然气水合物保真筒保压特性研究

为解决国内现有天然气水合物采样器无法实现大深度保真取样的问题,提出一种配套气垫式保真筒的深海天然气水合物采样器,并以气垫式保真筒的保压特性作为研究重点。在考虑采样过程中样品自身体积膨胀因素的基础上,建立了不含气垫保真筒和气垫式保真筒的数学模型,并通过仿真计算,对不含气垫保真筒和气垫式保真筒的保压特性进行了分析。实验结果表明基于样品自身体积膨胀的不含气垫的保真筒和气垫式保真筒保压特性理论研究是正确的,同时,也表明气垫式保真筒具有良好的保压性能,极具开发价值。

声学法深海热液速度场测量重建算法研究

介绍了利用声学法测量深海热液速度场的基本原理。利用往返飞渡时间差与流场速度的关系,应用反问题求解技术重建测量区域的速度场。应用最小二乘法对两种典型的热液口速度场模型进行了仿真重建,分析了换能器数量、实验测量误差以及换能器的布放对重建结果的影响,并对重建结果进行了流量分析。仿真重建的绝对误差、相对误差以及流量分析结果表明,最小二乘法具有较高重建精度,增加声学换能器及细化网格可提高重建精度,换能器对称分布时具有最优重建结果。最后对声学法深海热液温度场速度场测量系统进行了介绍和说明。深海热液速度场的测量重建可为热液热通量的测量奠定基础。

轮胎X射线检测系统的图像识别与算法研究

随着汽车需求量的快速增长,轮胎的需求量也相应地增加,对轮胎的性能和质量也提出了更高的要求。轮胎X射线检测是轮胎质量检测的主要方法 ,本文主要介绍了应用于轮胎X射线检测图像识别的计算机视觉识别技术,主要包括轮胎X射线检测计算机视觉识别的基本原理和算法,并且对检测得到的各类轮胎缺陷图像进行了归类分析。

单自由度腿部机构的四足机器人稳定性研究

以基于切比雪夫连杆腿部机构的四足机器人为原型,建立了其足端的运动轨迹方程,并推导出速度方程;分别从静态及动态两种步态对单自由度四足机器人的稳定性进行研究,给出了各种步态下保持平衡行进的稳定判据;并通过Adams仿真进行了验证。

海底沉积物静水压力驱动取样器的内部流场数值模拟研究

给出了海底沉积物静水压力驱动取样器驱动单元的基本结构。建立了取样器驱动单元内部流道的流动实体,并对其进行了网格划分。利用CFD软件对驱动单元内部流场进行了数值模拟计算,得到了该内部流场的速度和压力分布。研究结果表明取样器驱动单元排水口的形状对取样器排水流量的影响较大,通过改变排水口形状,可以提高取样器取样效率。模拟计算结果对优化设计取样器驱动单元内部结构,提高取样器取样效率具有指导意义。

基于MSP430的深海低功耗数据采集系统

针对深水作业条件下对数据采集设备的特殊要求,提出了具有低功耗、高精度、耐高压特点的水下多通道数据采集器的设计方法。该系统采用MSP430F169作为核心微控制芯片,并通过精心的外围电路设计,实现了系统低功耗和高精度运行;同时通过对电路板机械封装,满足了水深3000 m高压环境下对系统的耐压防漏要求。高压仓试验结果表明,该数据采集系统采集到的数据稳定性能良好、精度高,机械封装设计能够满足深海密封防漏要求。