碳膜压阻传感器的静压加卸载标定

本文报告了对破膜压阻传感器进行的静压加载和卸载标定,量程范围为MPa-1.5GPa.文中介绍了实验方法,给出了四次标定曲线.     

介质与静压对激波管校准压阻式绝压传感器动态特性的影响

激波管通常用于动态压力传感器的校准,压阻式绝压传感器在激波管校准过程当中,会出现谐振频率等动态性能指标随着激波管静态压力环境、气体介质变化而改变的情况,影响传感器动态特性的校准。基于压阻式传感器的工作原理,对传感器的敏感膜片结构进行了机理分析,建立了膜片结构与校准环境中介质和静压关系的动态模型;通过ANSYS与SIMULINK软件开展了数值模拟验证工作,模拟结果与理论推导一致。通过激波管校准实验验证了气体介质与静压的影响关系,结果表明：传感器的谐振频率与静压间存在非线性关系,并且随着敏感膜片径厚比的增大而显著增大;系统阻尼比大小与气体介质有关,随着气体密度的降低而升高;传感器的灵敏度与气体介质和静压无太大直接关系。在使用激波管校准压阻式绝压传感器时,应当考虑介质与静压参数对校准结果的影响。

     

箔式高阻值低压锰铜压阻应力计的设计及动态标定

设计了低压锰铜压阻传感器 ,并通过平板撞击实验标定了该传感器在 0 .3～ 9.4GPa范围内的压阻关系。标定曲线在 0 .3～ 1.5GPa范围内是线性的 ,对应的是传感器的弹性状态 ,而在 1.5～ 9.4GPa范围内是二次曲线。标定曲线的拐点在 1.5GPa附近 ,这与理论分析和他人的实验结果相接近。     

封装材料对压阻式加速度传感器性能的影响

通过实验测试的方法研究分析封装材料对压阻式高量程加速度传感器性能的影响。对使用陶瓷 材料和不锈钢材料封装的加速度传感器,利用拉曼光谱仪测试研究封装前后传感器结构中残余应力和压敏 电阻阻值的变化,采用落锤、Hopkinson杆测试分析传感器的灵敏度、高过载能力,并在实弹环境中测试不同 封装传感器的测试精度的差别。实验结果显示,与陶瓷材料封装的压阻式加速度传感器相比,不锈钢材料封 装的压阻式加速度传感器在封装后结构的残余应力和压敏电阻阻值的变化更大,但不锈钢封装传感器的灵 敏度更大、高过载能力更强,同时实弹环境中可靠性和测试精度更高。     

面内随机堆叠石墨烯复合材料压阻传感机理与压阻性能

面内随机堆叠石墨烯复合材料(graphene composites, GC)是可穿戴柔性传感器的基础材料之一, 但是其压阻传感机理与压阻性能仍然有待深入研究. 本文基于GC的微观结构特征, 利用0 $\sim$ 1间均匀分布随机数获得石墨烯在复合材料中的位置和方向, 建立了二维GC压阻传感器模型. 根据GC均匀变形的特点和有限单元法发展了GC压阻性能的计算方法, 计算得到了相对电阻、灵敏度系数、石墨烯片的微观形态与电流密度云图. 研究结果表明, GC中的压阻效应是由于在变形过程中石墨烯形态的改变, 包括GC中石墨烯片的密度随应变变化、石墨烯片滑移、分离导致电子迁移路径和无效片数量的改变, 而GC中石墨烯片密度随应变的变化是影响压阻效应的主要因素. 石墨烯片间的相对滑移产生线性传感特征, 分离反之. 高面分比GC与大尺寸石墨烯的GC拥有较大的感知范围, 低面分比GC和小尺寸石墨烯的GC具有更高的灵敏度系数. 最后将接触面的面内电阻率设为应变的函数, 研究了石墨烯片的接触效应对GC压阻性能影响, 解释了GC压阻性能的接触效应和影响机理. 研究结论可为GC生产方法的改进与创新、以及GC压阻传感器件的制备提供理论依据和技术参考.      

基于MEMS压阻传感器的低功耗高过载测试系统设计

为了检验弹体在高冲击环境下的工作情况,提出了一种基于压阻传感器的高过载、低功耗的测试系统设计方案。该系统可承受2×105g的过载冲击测试,且具有采样率高、体积小、功耗低的特点。通过打靶实验验证:在过载测试过程中该系统具有承受高冲击的能力,并能精确地采集到信号微弱变化,保证了弹体在飞行中记录数据的准确性。     

薄膜式锰铜压阻计的动态标定

介绍了以飞片平面撞击标定某新型锰铜压阻计的过程及方法. 标定在Phi130 mm轻气炮上进行, 采用有机玻璃, Cu和W 3种材料为飞片和靶板材料, 实现不同速度下的同种材料平面正撞击, 获得0.66$\sim$25.4\,GPa范围的入射压力, 并利用几何修正和$D$-$u$关系修正两种方法对结果进行了修正, 给出了标定结果以及拟合曲线.     

三轴压阻微加速度计的结构力学分析

为了提高三轴加速度计机械精度和加工过程中硅片的一致性,设计了基于SOI的单质量块四边八梁结构的三轴加速度计。通过连接扩散在梁上的压敏电阻构成得惠斯通电桥检测三个方向的加速度信号。电桥设计为开环形式,并给出三个方向的电桥输出。结合材料力学和振动力学中的相关理论,建立了结构的数学模型,并对其进行了系统的力学分析,从而得出结构参数对加速度计的一阶固有频率、灵敏度等性能的影响。利用有限元ANSYS仿真软件对结构模型进行了静态和模态分析,验证了力学分析的正确性。最后设计了八张版图及一套可行的工艺流程并加工出加速度计裸片。该微加速度计可同时检测三维加速度矢量,且电桥和结构的设计均较好的抑制了横向效应。     

压应力对压剪裂纹扩展的影响研究

本文针对压剪裂纹的启裂及扩展问题,研究了脆性材料中裂纹面压应力变化对其扩展的影响规律.借助双轴加载试验机可自由调节两个轴位移和力的优势,设计了一种单边对称双裂纹压剪试样.试验中,施加裂纹面压应力至不同的预设值后,使剪应力单调增大直至裂纹启裂及扩展,得到不同预设压应力下压剪裂纹启裂及扩展规律. 随着预设压应力增大,启裂角增大,裂纹扩展路径与初始裂纹的偏角也增大.但随着压应力增大,启裂角增大至一定值后趋于稳定,实验发现,依据裂纹是否闭合,压应力对压剪裂纹扩展的作用大致可分为两个阶段:闭合前,压应力对裂纹启裂载荷及启裂角、扩展路径均有影响,预设压应力增大,裂纹启裂载荷增大、启裂角增大,扩展路径愈来愈偏离初始裂纹方向;闭合后,压应力虽然增大,启裂角和临界压剪应力比始终恒定,压应力对临界剪力和扩展路径存在一定影响.研究表明,裂纹启裂角与启裂时的压剪应力比存在一定的对应关系.启裂时的压剪应力比增大,启裂角增大,启裂时的压剪应力比恒定,启裂角不变.      

压-剪复合应力波作用下材料动态断裂韧性研究

提出亚微秒单脉冲应力波载荷作用下Ⅱ型裂纹的平板冲击实验技术 .加载率为dK dt～ 10 8MPa·m1 2 ·s-1.实验中由锰铜应力片和弹性波理论分别测定和计算了压应力 ;通过微观分析确定了动态裂纹的平均扩展长度 ;引进等效应力强度因子 ,用动态断裂理论确定了 6 0 #钢的动态断裂韧性KⅠd和KⅡd ;建立了亚微秒冲击载荷作用下确定材料动态断裂韧性的方法     

金属基复合材料中的热残余应变场及其对材料细观行为的影响

基于SiC/Al基复合材料中的SiC颗粒周期性排布的假设,采用轴对称体胞方法研究了金属基复合材料中的热残余应变场与粒子形状、体积分数等参数间的内在联系;在此基础上,探讨了热残余应变对夹杂内部和基体-夹杂界面的应力集中因子的影响.所得结果对于理解热残余应变对空洞形核的影响有参考价值.     

梯形重力坝的应力函数解及其有限元验证

弹性力学教材中通过取三次多项式应力函数给出三角形横截面的重力坝应力场,但工程中重力坝的横截面几乎均为梯形,其坝顶并非三角形尖顶。将应力函数的半逆解法与锲形体的应力函数相结合,寻找出适用于梯形重力坝的应力函数,根据梯形重力坝力的边界条件,并利用圣维南原理,给出了梯形重力坝的应力场解析式。用有限元计算给出了梯形重力坝应力场的数值仿真结果。应力场解析式与有限元仿真结果非常吻合,说明了梯形重力坝应力场解析式的正确性。梯形重力坝应力场解析式对水利工程中重力坝的结构强度及设计具有重要的理论指导意义和应用价值。

     

土力学有效应力及其作用的讨论

讨论了饱和土有效应力的作用及其使用中应注意的问题,以及土力学预测中存在的不确定性的几种情况.从土的各相平衡方程出发推导得到了非饱和土的总应力和各相应力之间的关系, 以及非饱和土的平均骨架应力的表达式,并定义该式为非饱和土的有效应力;该表达式与变形功推导得到的有效应力公式是一致的. 文中还就非饱和土有效应力的一些问题进行了探讨.      

岩土的一种强度准则及其变换应力法

基于岩土摩擦性,假设岩土破坏是由其物理空间内特征面上的应力比决定,提出了等效应力比的概念,即物理空间特征面上的剪应力合力与正应力合力的比值.在二维条件下,等效应力比可表示为σ-τ坐标系下与摩尔圆相切的直线扣除截距正切值;在三维条件下,假设在XYZ空间内存在一三维物理空间平面,此三维空间特征平面的等效应力比为影响材料强度特性的决定性因素,基于上述三维空间特征面建立了强度准则并称之为a准则.SMP准则以及广义Mises准则都是a准则的特例,当二维坐标中的截距为零时,则强度准则退化为SMP(spatially mobilized plane)强度准则,而当正切角为零时,则强度准则退化为广义Mises准则.而当截距与外切角均不为零时,则强度准则为介于上述两者之间的一种强度准则,在偏平面上为介于SMP曲边三角形与广义Mises圆形之间的曲边三角形.在子午面上,采用考虑岩土压剪耦合的屈服准则,破坏准则采用幂函数表达式.在偏平面上提出了基于a准则的形状函数,并采用真三维应力状态表示的破坏强度准则表示在三轴压缩路径下以p,q二维应力变量表达的准则公式,推导得到了基于a准则的变换应力公式,可简单地将一般以p,q为基本变量的二维模型转变为三维应力模型.通过强度以及多种应力路径的测试对比,验证了a准则及基于该准则的变换应力公式的合理性.     

土剪胀性的应力路径相关规律及其模拟

建立能够反映土的变形和强度特性应力路径依存性的本构模型, 首先需要解决土剪胀规律的应力路径依存性问题. 对黏土和砂土剪胀性的应力路径依存性做了系统的分析和比较,模型预测与试验结果的比较表明: 剑桥模型和统一硬化模型在描述土的这一特性方面都有一定缺陷; 采用部分塑性体应变与塑性剪应变耦合的思路建立的渐近状态模型能够较好地反映土剪胀性的应力路径依存性.      

考虑三轴约束时孔洞的聚合机理及有效能量准则

通过体胞分析方法,对不同状孔洞在从光滑试样到裂纹试样的三轴应力场中的聚合机理进行了较精解的有限元分析,计算结果表明：（１）孔洞的相互靠近和横向扩展是导致相邻孔洞发生内颈缩聚合的两种基本机制,在应力三维度Ｒσ等于１．２５附近,这两种机制发生较明显的变化。（２）单纯以孔洞体积分数ｆＣ概念为基础的材料破坏参数一般敏感于应力三维度,不能很好地预报不同三轴应力场中材料的破坏,在此基础上,提出了描述孔洞聚合的     

泡沫流体的剪应力与法向应力差

本文在同时考虑表面张力与粘性力的情况下,以三维模型—长菱形十二面体及泡沫的应力张量表达式为基础,得出了泡沫的剪应力及法向应力差表达式,并通过计算机进行了求解,讨论了泡沫粘度、泡沫大小等因素对剪应力及法向应力差的影响。 实验使用了 RMS-605 大型流交仪、RV-2 流变仪及毛细管流变仪测定泡沫流变特性。消除了表面滑移影响后得到的剪应力与法向应力表数据与理论结果较接近,说明理论模型具有一定的实用价值。     

部分应力杂交动力分析模型的混合变分原理

本文通过对具有单重卷积积分的二类变量的Ｇｕｒｔｉｎ型混合变分原理进行修正，采用“部分应力杂交”的概念，建立了线弹性动力分析 部分应力杂交变分格式，并在此基础上构造出时间有限元模型，这种模型对于分层复合板的动力分析尤其适用。     

流体与流体混合物的临界与超临界特性

本文第一部分介绍单组分流体的临界与超临界特性.主要内容为临界点的经典与标度状态方程;临界点异常特性的实验证据;热力学与输运性质的计算等等.第二部分介绍二元流体混合物的临界与超临界特性.第三部分介绍超临界气体萃取的工业应用.