考虑附加涡流损失的Galfenol合金动态滞后建模与实验

在Galfenol合金能量平均静态滞后模型基础上,考虑铁磁材料在动态磁场作用下的涡流损耗和附加损耗,建立了Galfenol合金动态滞后磁化强度模型和应变模型。利用Galfenol合金磁特性测试系统进行了应变和磁场静态特性测试,测试结果与模型计算结果吻合较好。利用该测试系统测试了〈100〉取向多晶Fe83Ga17合金在动态磁场频率分别为1、10、20、40、60、100、200、300 Hz作用下的应变和磁场的关系。实验结果和模型计算结果对比表明,在磁场频率为200 Hz以下时,模型能准确反映应变与磁场的关系,频率为200 Hz以上时,计算结果与实验结果出现偏差。该模型能用于Galfenol合金的器件设计与应用。     

介电型电活性聚合物驱动器机电耦合特性

研究了介电型电活性聚合物(DEAP)的机电耦合特性,分析了电场作用下DEAP的受力情况,结合超弹性理论建立了DEAP的非线性机电耦合本构模型。对电场作用下圆形结构DEAP驱动器的变形行为进行建模研究,给出Yeoh形式的DEAP本构方程、平衡方程和边界条件。通过求解微分方程组得出DEAP驱动器薄膜中的主延伸率和主应力分布,同时分析了预拉伸率、驱动器主动区域面积及激励电压对驱动器变形的影响。利用试验研究了电激励下的圆形驱动器变形行为,试验结果与理论分析比较吻合,从而验证了本构模型的正确性。研究表明：预拉伸率取值为3～4比较合适。     

超磁致伸缩执行器全耦合非线性动态有限元模型

超磁致伸缩执行器在高频率下工作时,能量损失不仅包括磁滞损失、Terfenol-D棒涡流损失,还包括执行器导磁回路的附加涡流损失,同时执行器上存在磁场、电场、温度场及机械应力场四场之间的耦合.本文考虑超磁致伸缩执行器Terfenol-D棒质量、预压应力、偏置磁场、磁滞和涡流损失,从电场、磁场和机械应力场三场耦合角度,建立超磁致伸缩执行器三维非线性动态有限元模型.超磁致伸缩材料磁滞特性由Berqvist和Engdahl磁滞模型来描述.应用FEMLAB建模分析并与实验结果对比,发现模型与实验结果吻合较好,验证了所建立三维动态FEM模型的正确性.     

Fe-Ga合金磁致伸缩力传感器磁化模型建立与特性分析

磁致伸缩力传感器依靠材料磁化强度的改变来表征外部力载荷的大小,研究了基于Fe-Ga合金磁致伸缩逆效应的力传感模型,采用三维有限元方法对力传感磁路进行了优化与设计。为了研究不同磁场和负载对材料磁化强度的影响,以均质能量公式为基础,在均质能量公式中引入以应力和磁场为自变量的吉布斯自由能函数,建立了描述合金磁化强度随应力变化关系的模型。为对模型进行验证,建立了一套磁致伸缩力传感特性测试系统,分别对Fe-Ga合金和Terfenol-D力传感特性进行测试与对比,验证试验表明所建立的模型可以较好预测磁化强度的变化,并且可以预测偏置磁场的影响。在Fe-Ga合金与Terfenol-D的对比试验中发现,Fe-Ga合金对偏置磁场更为敏感,并且磁滞非线性较Terfenol-D更小,由于无退火应力,Terfenol-D在偏置较低时出现负方向的磁化强度。     

轴向柱塞泵全局耦合动力学建模

轴向柱塞泵内部子系统强耦合作用下柱塞泵呈明显的全局耦合特性,而柱塞泵传统局部动力学模型普遍存在恒压力、定转速等假设条件,缺乏对全局耦合特性的综合分析能力,为此在分析子系统间结构关系及耦合情况的基础上,提出一种基于数组的键合图建模方法,建立了斜盘式轴向柱塞泵键合图模型。进行了柱塞-滑靴子系统摩擦学-动力学耦合机理分析,并定义能量损耗因子,综合包含非线性因素的各子系统动力学方程参数,最终导出柱塞泵全局耦合动力学模型。对模型进行了仿真,仿真结果与实际情况吻合,验证了模型的有效性和正确性。     

磁力泵磁力驱动系统仿真

在研究圆筒式径向磁力驱动器结构特点、设计流程、设计方法的基础上,以SolidWorks为软件支撑平台,利用Visual Basic语言对SolidWorks提供的API函数进行二次开发,所形成的仿真系统包括3部分,分别为参数化设计、参数化建模和参数化有限元分析,可以快速地实现磁力驱动器各部分零件的自动建模和装配.同时,基于ANSYS有限元软件,对圆筒式径向磁力驱动器的磁场建立二维模型,对其磁场进行数值求解计算,分析磁力线分布,磁感应强度分布和磁力矩大小.最后,针对有限元软件在磁力驱动器设计中的应用要求,基于ANSYS平台开发了参数化的磁力驱动器有限元分析系统,该系统方便了磁力驱动器在一定结构不同参数下快速更新模型和进行有限元仿真分析,为磁力驱动器的研究提供了高质量低成本的设计分析方法.     

基于绝对节点坐标法的气动软体驱动器建模

采用基于Yeoh本构的绝对节点坐标四面体单元对软体驱动器进行建模,并对其进行力学分析。基于应变能密度函数,推导了Yeoh本构模型的弹性力阵及其导数阵;根据虚功原理建立了多腔体气动软体驱动器静力学平衡方程。由于橡胶等超弹性材料不易收敛,采用载荷增量法对静力学平衡方程进行求解。将仿真结果与ABAQUS的仿真结果进行对比,可知随着单元数的增加,绝对节点坐标四面体单元结果与ABAQUS仿真结果趋于一致,验证了绝对节点坐标四面体单元对气动软体驱动器建模的正确性。     

温室小气候环境模型的应用及综述

对国内外温室小气候环境建模方法的研究进行了综述。温室小气候环境建模的方法主要有两种:一是以能量平衡方程和质量平衡方程为理论依据研究温室的模型,另一种方法为基于输入输出数据的模型,包括线性模型、非线性模型、黑箱模型等。同时,指出了目前温室小气候建模方法存在的问题,并对温室小气候环境建模方法的发展趋势进行了展望,并介绍了一种温室小气候建模方法在气候自适应PID控制中的应用。     

挖掘臂电液伺服系统非线性辨识

针对机理建模存在未建模动态及其参数辨识难的问题,采用由分段非线性模块、线性时不变动态模块及间隙非线性模块串联组成的Pseudo-Hammerstein-Wiener模型来描述挖掘臂电液伺服系统。利用关键变量分离原理将系统模型化解为最小二乘格式,再采用带中间变量估计的改进递推最小二乘算法进行辨识。实验表明,辨识所得Pseudo-Hammerstein-Wiener模型能很好地逼近实际系统,误差比Hammerstein及线性模型分别减少29%及68%。     

Nonlinear Identification of Excavator Arm' s Electro-hydraulic Servo System

针对机理建模存在未建模动态及其参数辨识难的问题,采用由分段非线性模块、线性时不变动态模块及间隙非线性模块串联组成的Pseudo-Hammerstein-Wiener模型来描述挖掘臂电液伺服系统.利用关键变量分离原理将系统模型化解为最小二乘格式,再采用带中间变量估计的改进递推最小二乘算法进行辨识.实验表明,辨识所得Pseudo-Hammerstein-Wiener模型能很好地逼近实际系统,误差比Hammerstein及线性模型分别减少29％及68％.     

摩擦传动的压电定位台高精度跟踪控制

针对选用的摩擦传动的压电定位台控制系统,首先根据其物理机理建立了近似的时域数学模型,通过开环实验,采用最小二乘法进行了参数辨识,所得模型与实际系统对输入的脉宽信号与三角波信号具有较为一致的输出;然后根据该模型的形式,采用其逆系统补偿加滑模变结构控制的方案,并讨论了该控制算法的稳定性及其参数的选择依据;最后进行了信号跟踪的实验测试,得到了微米级(最大跟踪误差为0.010 95 mm)的控制精度。作为对比,采用PI控制方法跟踪同一信号,结果表明,本文所用控制算法的控制精度远优于常规的PI控制方法。     

大型推土机推土工作装置强度分析

运用强度理论,建立了在偏载工况下大型推土机工作装置复杂超静定体系的计算模型,并以新型履带式推土机为例,给出了载荷工况和计算条件,分析计算了其推土工作装置顶推梁上不同截面位置危险点的应力分布,推导了计算公式,计算结果与顶推梁材质的屈服极限进行了对比,满足了强度要求。     

并联压电泵腔体初始容积设计

为探究腔体初始容积对压电泵性能的影响,设计了双腔体并联压电泵.通过理论分析,确定了双腔并联压电泵能够工作时泵腔初始容积的取值范围,根据理论公式设计制作了6种不同腔体初始容积的双腔并联有阀压电泵样机,对泵腔初始容积的变化与泵工作性能关系进行研究.在110 V工作电压下,工作频率小于400 Hz范围内,用压电双晶片进行驱动,分别以液体水和空气为介质,对不同压缩比（压电振子振动产生的泵腔容积变化量与泵腔初始容积的比值）下的并联泵进行了试验测试.结果表明,当泵送液体水时,压缩比为1/18时泵的整体输出流量最好,最大输出流量可达1 330 mL/min,压缩比越大,泵的输出压力和自吸能力越好,最大输出压力和自吸高度分别为58.5 kPa和69 cm;当泵送气体空气时,压缩比越大,泵的输出能力越好,最大输出流量和压力分别为850 mL/min和6.5 kPa,当压缩比小于1/32时,泵已经失去了输出气体能力.     

单振子双腔体V形管无阀压电泵的流场分析

为了提高泵送流量,获得连续、低脉动的输出特性,设计了一种单振子双腔体V形管无阀压电泵,并建立其几何模型,对其工作原理进行了简要介绍,采用Fluent软件的动网格模型对其内部流动进行数值分析．对压电泵内部流场进行动态模拟,得到不同时期压电泵内部的压力、速度及瞬时流量等动态特征,将双晶片压电振子的动态特征和流体的运动特征有机地结合在一起,结果与压电泵的工作原理相吻合,验证了动网格模型应用于压电泵数值模拟计算的可行性．通过大量的数值模拟研究了驱动频率、压电振子振幅、泵腔高度和V形管位置对单振子双腔体V形管无阀压电泵输出性能的影响．模拟结果表明：驱动频率为250Hz时单振子双腔体V形管无阀压电泵的出口流量最大;压电振子振幅越大,出口流量越大;合理选择一组振幅值、泵腔高度和管道位置,便可得到压电泵的最优输出性能．     

压电式种子计数系统

提出了一种基于压电传感器的种子数粒系统,该系统用悬臂梁结构感受种子冲击以及用压电元件将冲击转换为电信号,经过放大整形后变成脉冲信号输入单片机计数并显示.根据典型的弹簧-质量-阻尼系统的二阶传递函数理论,对系统阻尼振动频率和阻尼比进行了分析.选用合适的高分子材料和安装方式,使系统拥有较好的阻尼比,种子短暂的冲击作用变换为单个波峰电压信号以实现准确计数.实验室试验结果表明,数粒系统单粒测量误差小于0.4％.     

基于疲劳强度衰减模型的S-N曲线测定方法

基于经验的疲劳强度衰减模型，提出了一种测定材料和结构的S-N曲线简易方法，同时可以确定材料和结构的临界载荷。该方法通过单点应力下的疲劳试验和静强度测定，可以获得原来至少需要两级应力试验才能得到的材料和结构的疲劳曲线。用不同材料的疲劳试验进行了S-N曲线测定和验证，结果表明，该方法能够准确而且快捷地测定S-N曲线和临界载荷，减少了疲劳试验费用和试验工作量。     

无阀微压电泵关键部件工作过程仿真

设计了一种以Cymbal振子为驱动器的新型无阀微压电泵.研究了Cymbal振子的工作过程.在Cymbal振子有限单元模型的基础上,对其工作过程进行仿真分析.通过模态分析得到了Cymbal振子的前5阶固有频率和振型,选出其中最符合工作要求的频率和振型;通过瞬态分析.结合压电耦合分析,得到了振子在方波电压作用下的瞬态动力学特性.     

不同胶层厚度单搭接接头剪切试验与强度预测

对不同胶层厚度的单搭接胶接接头进行拉伸载荷的剪切试验,对比胶层厚度以及胶瘤等因素对搭接接头强度的影响,通过有限元数值仿真,模拟不同胶层厚度试验件在接头破坏位置附近的等效应力情况,得出随胶层厚度的增加接头强度逐渐减小、端部胶瘤降低了粘接表面应力峰值从而提高接头强度等结论。同时引用HartSmith弯矩系数计算出较厚胶层单搭接接头强度的保守值。     

直廓内齿与渐开线齿轮啮合传动计算与噪声试验

提出用直线齿廓替代内齿轮的渐开线齿廓,使渗碳淬火后的内齿轮易于成形磨齿.利用齿面接触分析(TCA)和承载接触分析(LTCA)技术,研究分析直廓内齿轮与渐开线齿轮啮合的受力状态、齿间载荷分配、传动误差.通过台架试验,采集渐开线内齿轮行星减速器和直廓内齿轮行星减速器在不同转速和载荷下的噪声,进行对比分析,研究直廓内齿轮传动的动态性能.直廓内齿轮传动有"修缘"的特点,承载下的传动误差波动比空载小得多.