摘要：为了提高陶瓷基复合材料火焰筒壁面的冷却性能，在现有的圆形多斜孔冷却结构的基础上，设计了一种新型类椭圆形多斜孔冷却结构。同时，采用三维数值模拟的方法将两种多斜孔结构的冷却效果进行了对比。结果表明：新型类椭圆斜孔特征模拟件相较于圆孔特征模拟件，壁面高温区域明显变窄，高温热斑减少，温度分布更加均匀；在经纱方向，类椭圆斜孔特征模拟件高应力区域减少，应力集中现象减弱；在纬纱方向，类椭圆斜孔特征模拟件与圆孔特征模拟件均存在高应力区域。

摘要：在热处理航空制件的过程中,热处理炉温度的均匀性对其质量与性能具有直接影响.以大尺寸燃气热处理炉为研究对象,先采用热电偶测试测得在不同工作温度下的热处理炉温度均匀性指标,然后基于热处理炉的具体尺寸和运行参数,采用Fluent软件进行数值模拟,得到热处理炉全场的温度分布情况,最后通过调节烧嘴与壁面的夹角,对典型工况下全场温度的均匀性进行优化.结果表明:该航空制件燃气热处理炉的上层温度在各保温时刻较为稳定,且随着保温温度的升高,热处理炉各段炉温的均匀性均得到明显改善;温度场的仿真模拟值与现场实测值相差较小,该有限元模型较为可靠.本研究结果可为热处理炉温度均匀性的改进设计提供一定的理论参考.

摘要：针对2.5D针刺C/SiC复合材料的失效破坏进行了试验和仿真计算研究。开展了室温、500℃、1000℃无氧环境下0°层、网胎层材料的拉伸、压缩破坏试验以及2.5D针刺C/SiC复合材料的拉伸、压缩和弯曲破坏试验,并利用电子显微镜对试验件断口进行观察,分析了2.5D针刺C/SiC复合材料在不同温度下的损伤模式和失效机理。基于试验数据与观察结果,建立了通过单一铺层性能参数获取宏观针刺元件力学性能的方法,并依据多尺度理论和渐进损伤方法,借助Abaqus子程序二次开发进行了针刺C/SiC复合材料强度仿真分析。仿真预测的应力分布、失效模式与试验结果吻合较好,采用最大应变准则的强度预测精度可达94.7%,验证了分析方法在室温与高温环境下的准确性。

摘要：研究了一种基于棱镜基底-辅助电介质层-金膜-待测介质四层结构的表面等离子体共振(surface plasmon resonance,SPR)效应激励模型.采用薄膜光学与波导理论,探索了由辅助电介质层与金膜复合而成共振薄膜对SPR效应的激励机理与调制特性.借助时域有限差分方法,数值模拟得到辅助电介质层属性与共振能量传输特性关系.在此基础上,构建了波长调制型棱镜辅助电介质层结构SPR激励系统.研究结果表明,当待测介质折射率相同时,相较基于棱镜基底-金膜-待测介质三层结构的Kretschmann激励模型,辅助电介质层激励模型共振光谱整体向长波方向偏移且半波宽度出现显著展宽效应.而当待测介质折射率增大时,辅助电介质层型激励模型的共振光谱不仅会向长波方向偏移,而且折射率响应灵敏度比棱镜Kretschmann三层激励模型高出75%.因此该模型能够为诸如高灵敏度检测、新型光学滤波与调制器件设计等领域的研究应用提供理论与实践储备.

摘要：设计了一种新型大推力直线压电作动器,采用螺旋箝位的方式实现对压电叠堆微小位移的累积输出,实现了大推力和长行程。对该种作动器的驱动机理和作动器设计过程中的关键技术问题进行了详细的分析,包括力矩电机的转速设计、上下柔性联轴器的扭转刚度设计、螺母和丝杠之间相关机械参数的设计以及对所选压电叠堆进行性能测试并选择其最佳工作频段。原理样机长为140mm,最大直径为45mm,重量为0.7kg,行程为40mm。在力矩电机转速为300r/min,压电堆驱动频率为100Hz时,作动器的最大输出力可达130N。

摘要：针对小型号超声电机定转子预压力加载需要,提出了基于圆锥壳体理论的开槽碟簧设计计算理论,并进行了试验验证。首先,从圆锥壳体理论出发,建立了开槽碟簧在简支条件下受轴向载荷的力学模型,并基于现代数值计算理论,得到了求解该力学模型的计算方法;其次,将计算结果与有限元结果以及传统公式结果进行对比分析,并设计试验进行了验证;最后,基于开槽碟簧准零刚度特性的参数敏感性分析试验结果,提出了开槽碟簧结构设计的方法。研究结果表明,基于圆锥壳体理论的开槽碟簧计算方法比有限元方法和传统公式具有更高的准确性,相对误差在±3.5%以内,开槽碟簧的最优高厚比范围在1.5~1.8之间。该结论可为小型号超声电机用开槽碟簧的设计提供参考。

摘要：分段光滑隔振系统是一类具备分段刚度或阻尼的非线性动力学系统,在振动控制领域中具有广泛代表性,诸如限位隔振系统、分级汽车悬挂等.分段光滑的刚度或阻尼特性能够实现隔振系统的特定动力学性能及提升隔振性能,如抑制共振响应、提升共振区隔振性能等,但是亦会给隔振系统的动力学行为带来诸多不利影响.以分段双线性分段光滑隔振系统为理论模型,系统研究了摒除不利于隔振的非线性动力学现象设计方法,包括幅值跳跃、周期运动的倍周期分岔等.首先,利用平均法与奇异性理论给出了主共振频响曲线拓扑特征的完整拼图.研究结果表明,参数空间分为4个区域,其中2个区域存在幅值跳跃,而其产生跳跃原因分别由鞍结分岔与擦边分岔所导致;基于此提出避免主共振跳跃的设计方法.其次,建立了隔振有效区内周期运动的庞加莱映射,通过特征值分析给出了避免倍周期分岔发生的条件,证实增大阻尼可以抑制倍周期分岔的发生.最后通过数值仿真分析了噪声对多稳态运动的影响.研究结果发现在噪声影响下,分段光滑隔振系统的响应会在不同稳态间跃迁,非常不利于隔振.因此,在完成跳跃与倍周期分岔的防治设计后,应采用数值仿真校验系统是否存在多稳态运动.

摘要：为减小磁流变液阻尼器(MRD)零磁场时的角动量损耗,设计了一种基于超声场作用的磁流变液阻尼器。该阻尼器内置盘型超声振子辐射超声场,可以减小阻尼器零场阻尼力矩。采用有限元法进行了超声振子动力学分析和阻尼器磁路仿真,并通过实验验证了超声振子的输出性能。基于Bingham模型得到了阻尼器的力矩模型。在高速地面负载实验台上进行了阻尼器输出性能测试和超声场调节零场阻尼实验,结果证明超声场可明显减小该阻尼器零场阻尼。

摘要：低频振动能量在环境中普遍存在,如何高效收集却始终是一个难题。设计了一种基于普通金属夹的压电弹簧摆结构,由于摆动固有频率仅与软件仿真摆长和重力加速度有关,因此结构共振频率能够较好地匹配环境低频振源,进而高效地将其转化为电能。利用有限元仿真软件仿真并讨论了压电元件的优化布置方案,建立了结构动力学方程,最终搭建实验平台进行了理论验证,性能分析和能量收集器的自供电演示。实验结果表明,该压电弹簧摆结构在超低频条件下(2.03 Hz,0.26 g),回收功率能够达到13.29 mW,具有很高的低频振动能量收集性能。

摘要：为了提高传统压电振子驱动履带运动的工作效率以及运行速度,对压电振子的工作模式进行了改进。利用压电振子圆环部分绕节圆的扭转振动替代弯曲振动,将两个扭转振动驻波合成扭转振动的行波,获得了更适合压电振子驱动履带运动的工作模态,以提高压电振子的驱动效率。新的工作模式不仅增加了压电振子与履带的接触区域数,同时也减小了圆环部分的行波波谷与履带接触造成的能量损耗。通过有限元分析对压电振子进行了设计,制作了原理样机并进行了接触、摩擦行为实验分析。研究了不同预压力作用下,压电振子在不同硬度、粗糙度的履带材料表面上的运动特性,发现：材料的硬度越大,压电振子的负载能力越强;存在一个硬度、粗糙度、预压力之间的最佳搭配,使得压电振子运动速度达到最大。实验结果为后续的履带设计以及驱动系统的整体优化奠定了基础。