面向低场磁共振弹性成像的增压激励装置设计与分析

磁共振弹性成像的效果取决于能否产生一个能与系统序列同步,振幅大小可以传送到被测组织的剪切波。由于气动增压方法磁兼容性好,设计简单,成本较低,具有显著优势。提出一种新的气动增压式激励装置和方法,通过增大气管内压强,使机械波在气管内响应速度更快,减少能量损失。该方法克服了传统气动激励装置由于气体的可压缩性和延滞性,使得能量传递效率明显下降,到达人体组织内的机械波振幅变小,严重影响成像质量的缺点。实验结果表明,气动增压式激励下振动传递效率提升了86%,使得到达组织内的剪切波更加均匀,更加深入,衰减更小,弹性成像质量更高,大大提高了检测效率。     

一种磁流变弹性体执行器的联合优化方法研究

磁流变弹性体（magnetorheological elastomer, MRE）执行器作为智能减振应用系统的核心元件,其结构的优化是决定执行器性能上限及系统控制成效的关键。针对目前MRE执行器优化方法及理论研究欠缺的问题,文中面向一款横向隔振的MRE执行器,基于其机械结构和有效磁路,以优越磁控性能、低功耗和快速响应时间为优化目标,提出了一种新的MRE执行器联合参数优化方法。首先,基于MATLAB和COMSOL的联合仿真,将遗传优化算法和电磁有限元分析方法进行有效结合,实现对MRE执行器的优化编程;其次,完成对器件的全局尺寸结构优化设计,使得器件具备优越磁控性能（526.21 mT）、低功耗（44.05 W）及快速响应（5.43 ms）;最后,通过搭建测试系统对优化后装配的MRE执行器进行测试和评估,验证了文中优化方法的可行性和有效性。提出的联合优化方法不仅适用于MRE执行器结构,还可为多领域减/隔振应用的共性MRE器件优化设计提供理论参考。     

平盘-波纹盘式电流变传动装置的剪切运动特性

提出以平盘-波纹盘配合来提高电/磁流变传动装置可传递的力矩.首先分析了平盘-波纹盘间电流变液的剪切运动特点,推导出平盘-波纹盘间电流变液的速度分布、压强分布及可传递力矩的特点.通过实验,将双平盘式与平盘-波纹盘电流变传动装置比较,证明了平盘-波纹盘结构可增大传递力矩,且其传递力矩的放大程度与波纹盘的波纹头数无关,而主要取决于装置和波纹的结构参数以及电/磁流变液的流变特性.     

A disc-type magneto-rheologic fluid damper

A disc-type magneto-rheological fluid damper operating in shear mode is proposed in this paper,which is based on the special characteristics of the magneto-rheological (MR) fluid with rapid, reversible and dramatic change in its rheological properties by the application of an external magnetic field. The magneticfield of the disc-type MR fluid damper is analysed by the finite element method ; the controllability of the disctype MR fluid damper on the dynamic behaviour of a rotor system ; and the effectiveness of the disc-type MR fluid damper in controlling the vibration of a rotor system, are studied in a flexible rotor system with an over-hung disc. It is shown that the magnetic flux density of the disc-type MR fluid damper in the working areas can significantly change with the applied current in the coil ; and that the dynamic behavior of the disc-type MR fluid damper can be varied by the application of an external magnetic field produced by a low voltage electromagnetic coil. The disc-type MR fluid damper can significantly change the dynamic characteristics of a rotor system, provided that the location of the disk-type MR fluid damper is carefully chosen. The disc-type MR fluid damper is a new actuator with good dynamic characteristics for rotating machinery.     

Advanced flow measurement and active flow control of aircraft with MEMS

Advanced flow measurement and active flow control need the development of new type devices and systems.Micro-electro-mechanical systems(MEMS) technologies become the important and feasible approach for micro transducers fabrication.This paper introduces research works of MEMS/NEMS Lab in flow measurement sensors and active flow control actuators.Micro sensors include the flexible thermal sensor array,capacitive shear stress sensor and high sensitivity pressure sensor.Micro actuators are the balloon actuator and synthetic jet actuator respectively.Through wind tunnel test,these micro transducers achieve the goals of shear stress and pressure distribution measurement,boundary layer separation control,lift enhancement,etc.And unmanned aerial vehicle(UAV) flight test verifies the ability of maneuver control of micro actuator.In the future work,micro sensor and actuator can be combined into a closed-loop control system to construct aerodynamic smart skin system for aircraft.     

磁流变弹性体阻尼器-转子系统的脉冲响应试验研究

磁流变弹性体是具有磁流变效应的新型智能材料,其弹性模量和阻尼具有可控性。设计制作了一种剪切式磁流变弹性体阻尼器,试验研究了支承在该阻尼器上的单盘悬臂转子系统在静止状态下的脉冲激振响应,并分析了系统的力学特性。试验发现,磁流变弹性体阻尼器的刚度和阻尼随施加磁场强度的增加而增大;转子系统的共振频率也随施加磁场强度的增加而增大。     

压电智能驱动器力学模型的建立及数值模拟

基于PZT逆压电效应和结构动力学波动原理,建立粘贴式PZT驱动器与主体结构耦合简化力学模型及数学模型;考虑粘结层阻尼效应,建立PZT驱动方程并求解输出力表达式,确定驱动器力学与电学特性的对应关系;通过胶层材料特性、传递的切应力及其厚度变化对PZT驱动性能的影响进行算例分析,拟合出胶层传递剪切力与胶层厚度关系曲线,证明了运用所建立的驱动模型能有效地模拟检测PZT的逆压电规律,可为利用压电智能驱动器控制工程结构检测提供理论依据.     

Effect of interface morphology on the mechanical properties of titanium clad steel plates

Interface morphology has important influence on the bond quality of titanium clad steel plates. The mechanical properties of titanium clad steel plates with wavy and straight interfaces were investigated by tensile-shear tests and bending tests. The interface morphology of the plates was examined by optical microscopy (OM) and scanning electron microscopy (SEM). The experimental results show that the shear strength of a wavy interface is higher than that of a straight interface. A wavy interface is the guarantee for obtaining high shear strength to provide a greater shear resistance. During the macrobending process, cracks appear in the swirl of the wave tip and ferrotitanium intermetallics. For in-situ observing the bending process by SEM, the wave tip of a wavy interface and the massive ferrotitanium intermetallics of a straight interface are places where cracks initiate and propagate. The results are the same as those observed in the macrobending process. Because of high hardness, the wave tip and the massive ferrotitanium intermetallics are hard in terms of compatible deformation.     

混合式磁流变弹性体隔振器多目标优化设计

针对现有磁流变弹性体隔振器功耗大、产生磁致刚度小的问题,以低功率和大磁致刚度为优化目标,对剪切和压缩磁流变弹性体及相关结构参数同时进行多目标优化设计。建立隔振器磁致刚度、功率及其他关键数值计算模型;分析磁场影响及磁路饱和情况,采用遗传算法进行多目标优化,在低功率和大磁致刚度之间寻得平衡,得出最优解;利用Ansoft-Maxwell软件对优化后的参数进行了仿真,仿真结果与计算结果一致。结果表明：优化后可保证压缩磁流变弹性体最先达到饱和状态;总磁致刚度提高49.67%,功率降低48.69%,总磁致刚度与功率改善效果明显,为后续结构设计及实测提供理论和实验依据。     

挤压式磁流变弹性体阻尼器力学性能测试与分析

磁流变弹性体是一种由铁磁颗粒和凝胶混合而成的可控智能材料。这种弹性材料的最大的优点是颗粒不会随时间而沉降,也不需要密封装置。研制了几种还原铁粉制备的磁流变弹性体,并设计了一种挤压式磁流变弹性体阻尼器,测试在外加磁场条件下弹性体的弹性模量;由弹性模量与磁场强度的关系来分析磁流变弹性体的力学性能随磁场变换的规律,并结合磁流变弹性体阻尼器在转子振动控制上的应用来说明弹性模量的变化对临界转速的影响。     

基于超磁致伸缩材料的谐波驱动器结构与磁场优化设计

基于超磁致伸缩材料(giant magnetostrictive material,GMM)正逆耦合效应以及能量转换特性,提出一种集驱动、传动及传感于一体的新型自感知谐波驱动器构想.利用ANSYS分析谐波减速器运行过程中波发生器应力分布情况,结合波发生器尺寸结构求解GMM棒的尺寸参数.基于毕奥萨伐尔定律推导驱动线圈内部磁场求解方法并设计驱动磁场和偏置磁场布置方式.利用COMSOL Multiphysics建立驱动器电磁机三场耦合模型,分析在不同条件下驱动线圈内部磁场分布情况以及驱动器的位移输出特性.结果表明:在永磁体总长度不变情况下,对永磁体实行内置均匀布置,随着永磁体片数逐渐增加,磁场均匀度从44％降低到26％,输出最大位移从0.123 mm下降到0.114 mm,GMM棒应力分布均匀度显著提高.     

剪切式磁流变弹性体阻尼器力学性能研究

与磁流变液相比,磁流变弹性体表现出较好的稳定性。研制了几种用还原铁粉制备的磁流变弹性体,应用在剪切式磁流变弹性体阻尼器上,测试在外部磁场作用下弹性体的剪切模量。通过剪切模量与外加磁场的变化关系,分析磁流变弹性体的力学性能随磁场变化的规律,并把这种剪切式磁流变弹性体阻尼器应用于转子振动控制系统试验研究剪切模量的变化对转子系统振动特性的影响。     

动刀式浓度变送器的研究与设计

基于剪应力原理自行研制了动刀式浓度变送器，其传感器是一个单自由度机械可动系统，通过力发生器驱动测量元件垂直于介质的流速方向摆动。由于阻尼力和介质的浓度相关，因此可由测量元件的动力学特性测得介质的浓度。该变送器克服了静刀式变送器测量的缺点，不受流速的影响。应用结果表明，该变送器具有很高的性能价格比。     

Radiation theory comparison for magnetoacoustic tomography with magnetic induction （MAT-MI）

Based on the principle of Lorentz force induced acoustic vibration, radiation theory comparison between acoustic point and dipole sources was conducted for magnetoacoustic tomography with magnetic induction （MAT-MI）. It is proved that each acoustic source of MAT- MI is produced by the divergence of the magnetically induced Lorentz force, and the detected acoustic pressure is the integral of all diffraction sources inside the object. Wave clusters are produced by abrupt pressure changes at conductivity boundaries, and only the configurations in terms of shape and size of phantom models can be recon- structed. However, different from point source, positive and negative pressures are generated by the radiation pat- tern of dipole sources. Reverse vibration phases of wave clusters in collected waveforms and opposite polarities of borderline stripes in reconstructed images are produced at conductivity boundaries, representing the direction of conductivity changes. The experimentally collected wave- forms and reconstructed images of the aluminum foil cylinder and cylindrical saline gel phantom model agree well with simulated results. The favorable results prove the validity of the radiation theory of acoustic dipole source and provide basis for further investigation of conductivity reconstruction for MAT-MI.     

广义系统具有完整性圆盘极点配置控制器设计

考虑线性连续广义系统具有完整性的圆盘极点配置设计问题·利用广义李亚普诺夫方程和不等式给出系统正则、无脉冲,以及极点在圆盘内的充分必要条件·同时针对执行器失效的线性连续广义系统,利用Riccati不等式给出具有执行器完整性圆盘极点配置控制器的设计方法,所设计的状态反馈控制器在系统正常时是正则、无脉冲、极点配置在圆盘内即系统是D允许的,在一定条件下,仍能使执行器故障具有D允许性     

地震作用下沉管隧道节段接头剪力键的力学性能

基于有限元法结合黏弹性人工边界，将地震波输入转化为等效节点力，建立了基于波动理论的三维平面SV波入射方法.半空间算例证明了SV波入射方法及其数值实现的准确性，并在该地震波输入方法的基础上，考虑上覆海水对沉管隧道的静、动水压力，研究了港珠澳大桥沉管隧道节段接头剪力键的力学性能.研究结果表明:水平地震作用下也会产生竖向加速度，但竖向加速度值较小；地震作用下剪力键受力最大的是压应力，拉应力相对较小；剪力键拉应力主要集中在剪力键与沉管主体连接的部位，该处易产生拉伸裂缝，水平剪力键的破坏形式主要是拉伸破坏；接头剪力键的布设方向决定了剪力键根部的剪力分布，绝大部分剪力被布设方向和节段位移方向相一致的剪力键所承担.     

简谐激励下磁流变弹性体支撑悬臂梁碰撞特性分析

利用磁流变弹性体在外加磁场作用下刚度可调可控的特点,基于剪切受力方式,设计以磁流变弹性体作为主要弹性元件的支撑结构,搭建简谐激励作用下悬臂梁碰撞故障实验系统.对不同外加磁场控制电流作用下系统的振动响应特性进行了实验测试,分析和研究了系统在不同控制电流下的移频降幅性能,以及碰撞工况下的振动响应.实验结果表明:在控制电流作用下,能有效增加磁流变弹性体的刚度,实现系统的固有频率和振幅的可控性;控制悬臂梁碰撞故障严重程度,提高设备寿命.     

生物软组织黏弹性参数反演方法研究

针对黏弹性参数反演中的模型选择问题,提出应用黏弹性材料的应力松弛曲线作为待反演的参数,不涉及任何黏弹性本构模型,采用有限元仿真与人工神经网络相结合的方法:通过有限元仿真得到不同应力松弛曲线下的剪切波传播速度,然后将仿真得到的数据作为训练样本输入到人工神经网络中进行训练,建立起生物组织黏弹性参数和剪切波传播速度的神经网络输出模型,有效解决了模型选择问题。最后通过粒子群优化算法反演得到组织的黏弹性参数。     

磁流变弹性体扭转吸振器设计与动力学仿真

研制了一种以磁流变弹性体为核心智能控制元件的半主动扭转动力吸振器,基于扭转方向上的动力吸振器消振原理,设计了扭转动力吸振器的基本结构.对吸振器进行磁路仿真分析,保证强闭合磁场能够有效控制磁流变弹性体刚度;利用有限元软件进行吸振器动力学仿真,保证了吸振器固有频率对外界激励频率的有效跟随,以实现吸振效果.将吸振器安装在传动系统对应位置,进行传动系统振动响应仿真分析,结果表明动力吸振器能够有效削减传动系统的瞬态波动转矩.提出的磁流变弹性体半主动扭转动力吸振器为旋转机械系统减振应用提供了一种新的思路.     

频谱分析在共振系统中的应用

采用频谱分析在方法对机械系统中的振动模式进行分析,使系统中的共振模式的测定规范化、定量化、此方法应用于液体切变波共振吸收谱仪的研制中,取得了良好的效果。