面向柔顺机构输出微位移的田口方法优化设计

针对微位移放大特性难以实现的工程问题,将田口方法融合到柔顺机构微位移结构优化过程中,使微位移实现最大化的目标。筛选出柔顺机构输出位移的相关参数,对各参数进行分析得到输出微位移函数表达式,设计正交试验表,利用函数关系将各组合参数对应的输出微位移列于表中,通过信噪比分析和容差设计确定最优参数组合。结果表明,柔性铰链的宽度、柔性梁的长度、刚性梁的长度和机构的厚度对输出位移影响程度逐渐减小。优化结果表明输出微位移提高了390.56μm。     

有界窄带激励下微梁系统1:2参数共振

研究电路与微梁耦合系统在有界窄带激励下的参数共振问题。建立有界窄带激励下微梁系统的随机微分方程。应用多尺度法得到系统参数共振的频率响应方程,导出系统的Ito随机微分方程,采用矩法得到系统一阶矩和二阶矩的近似表达式,数值分析系统各个参数对微梁响应的影响。结果表明,参数共振稳态解稳定的充分必要条件与系统一阶矩和二阶矩稳定的充分必要条件是一样的;当微梁上极板的宽度、厚度和长度增加时,极板振幅的二阶矩减小;当上极板的阻尼系数、轴向力以及上下极板间的距离增加时,极板振幅的二阶矩增大。     

微悬臂梁长度对梁末端与底座粗糙面间接触的影响

将磁致伸缩效应等效为材料的热膨胀效应,考虑微梁末端与底座粗糙面微凸体间的相互作用、材料弹塑性变形及微梁弹性恢复力等影响,利用ABAQUS动态模拟了磁致伸缩薄膜悬臂梁末端与底座粗糙面间的接触,分析了不同长度悬臂梁对接触特性的影响。结果表明,重复加卸载过程中,接触面积、法向接触力随着微梁长度的增加呈近似线性增长,而最大等效塑性应变值随微梁长度的增加呈非线性关系,说明微梁长度对梁与底座粗糙面间接触特性的影响十分重要,进而影响到系统工作的可靠性。     

表面粘贴式光纤光栅传感器的动应变传递规律

通过理论分析,以基体承受正弦动态载荷为例,建立了表面粘贴式光纤光栅动应变传递模型,确定了影响参数;运用有限元仿真法分析了影响动应变传递的各个参数;通过实验分析验证了理论与仿真分析结果。理论与实验分析表明:振动频率、粘贴长度、粘贴厚度和粘胶中间层厚度是影响表面粘贴式光纤光栅动应变传递的主要因素,粘贴宽度对动应变传递率影响较小;激振频率远小于结构固有频率时,动应变传递率基本维持不变,实验动应变传递率为92%;激振频率达到固有频率之前,动应变传递率随激振频率增大缓慢增大;粘贴长度大于光纤光栅栅区长度的2倍时,传递率明显优于粘贴长度较短者,实验动应变传递率为92%。     

旋转配流激振控制阀开槽参数的交互作用试验研究

提出一种旋转配流激振控制阀,为研究阀芯开槽参数交互作用对激振控制阀输出压力的影响,基于Fluent多参考系滑移网格方法,对激振控制阀的输出压力进行仿真,利用试验测定方法对仿真结果进行验证;采用二次回归正交试验法、中心复合试验法,建立开槽参数与输出压力的显著不失拟回归模型,通过方差分析得到开槽参数影响输出压力的显著性差异,获得开槽参数交互作用的响应曲面,讨论开槽参数交互作用对输出压力的影响趋势。研究结果表明：试验空间内,当开槽长度提高4 mm、开槽宽度提高2 mm、开槽深度提高4 mm时,激振控制阀输出压力分别增大8.3%、25.1%、22.3%,开槽参数对压力的影响程度由大到小依次为开槽宽度、开槽深度、开槽长度,开槽宽度与开槽长度、深度的交互作用对激振控制阀输出压力的影响最显著。     

基于有限元位移模式的含裂纹梁结构动力学模型

针对裂纹的存在将降低梁的刚度的实际情形,首先根据断裂力学理论,引入裂纹梁因裂纹扩展而释放的应变能表达式,然后根据金属材料的特点,运用有限元位移法建立裂纹梁单元的动力学模型,再在梁单元模型的基础上应用有限元位移法建立裂纹梁结构的动力学方程。研究表明：基于有限元位移模式所建立的动力学方程较好地体现了裂纹梁动态性能与其结构参数和裂纹参数之间的内在关系,反映了裂纹的位置及长度对含裂纹梁结构动态性能的影响,为建立含裂纹梁结构动力学模型提供了一种新的有效方法。最后通过实例对理论分析结果进行了验证。     

旋转尾管悬挂器轴承密封圈的有限元分析及结构优化*

采用有限元分析软件ANSYS对旋转尾管悬挂器轴承的密封结构进行有限元分析,并进行参数及结构优化。应用ANSYS的PDS模块分析密封圈的几何尺寸对最大接触应力和最大等效应力的影响,得到对最大接触应力和最大等效应力影响最为灵敏的共同参数为唇夹角、密封圈宽度、密封圈长度、密封圈根部长度。应用ANSYS的优化设计模块对4个共同参数进行优化,得到优化序列。优化后密封圈与挡圈的最大接触应力增大了44%,最大等效应力降低了29.1%。     

热激励硅谐振式压力传感器温度场的有限元计算

针对一种典型的采用电阻热激励、压敏电阻拾振的压力微传感器的实际结构,利用有限元法系统地对其温度场进行了模拟计算.分析并得出了激励电阻在梁谐振子上位置、长度、宽度变化时;梁谐振子长度、宽度、厚度变化时;以及激、拾振电阻共同作用时,梁谐振子温度场的分布规律.     

连接界面黏滑摩擦模型参数辨识研究

连接界面的非线性黏滑摩擦行为对结构的动力学响应有重要影响。基于描述界面多尺度黏滑摩擦行为的Iwan模型建模连接刚度和阻尼的非线性特性,利用连接结构的幅变非线性动力响应时程信息,提取响应包络作为特征参量,构造用于模型参数辨识的多层前馈神经网络,并分别以含非线性连接的集总参数系统和螺栓搭接梁结构为对象,进行数值和实验验证。结果表明,该方法所提取的特征量和构造的神经网络能够有效地应用于连接界面非线性黏滑摩擦模型参数的辨识,且具有简单、精度高和对噪声有一定鲁棒性的优点。     

应变梯度对静电力驱动微梁吸合电压的影响

基于应变梯度理论,建立静电力驱动微梁的控制方程,通过瑞利-利兹法对微梁的控制方程进行降阶,得到一组非线性代数方程。利用牛顿-拉菲森法求解该方程组,确定微梁的吸合电压,分析应变梯度对吸合电压的影响规律。结果表明,当微梁的无量纲厚度减小时,无量纲吸合电压将显著增大,表现出明显的尺寸效应;随着材料内禀特征长度的增加,无量纲吸合电压的尺寸效应也越显著,说明应变梯度对微梁的吸合电压影响显著。随着微梁无量纲厚度的减小,残余应力对无量纲吸合电压影响显著,可以减弱应变梯度对无量纲吸合电压的影响;同时应变梯度可以显著降低中面伸长对吸合电压的影响。分析结果可为微机电系统中微梁的设计提供参考。