浮空器副气囊体积对环境适应性的影响分析

副气囊是浮空器的重要组成部分,其内部填充空气,通过充气或放气维持浮空器气囊内外压差在安全范围内,从而保证浮空器在空中长时间连续安全地工作。本文通过理论推导,建立了浮空器副气囊体积的数学模型,并对浮空器副气囊体积对环境适应性的影响进行了仿真分析。结果表明,本文方法对浮空器副气囊的设计有一定参考价值。     

多气囊仿生软体机器人设计及其运动特性分析

设计了一种多气囊仿生软体机器人,由位于上方的多个相互连通的气囊和位于下方的双层底座组成,通过给气囊充气以使软体机器人产生弯曲,通过在软体机器人前、后表面设置不同的摩擦片,机器人能够利用前、后摩擦力的不同而得以前行;利用ANSYS软件分析软体机器人充气、放气过程中的内应力,以改善机器人的结构设计;采用Yeoh模型研究软体机器人运动过程中的力学特性,在理想条件下推导出软体机器人的前行步幅与气囊内部气体压力的非线性关系模型,并通过仿生软体机器人的充气和前行运动实验验证仿生软体机器人前行运动的可行性.结果表明,当充气压力为90kPa时,机器人前进的步幅为19.25mm,与其理论值(22.85mm)基本一致.     

鳍和鳔在鱼类沉浮行为中的作用

通过不同量充气、放气结合去鳍研究鲫鱼行为的结果表明，鱼依靠尾鳍摆动和胸鳍摆动角度改变使鱼体产生推动力和前后不同的流体升力，完成沉浮游泳行为．水层变化改变了水压使鳔内气体体积改变，反射性地引起鳔分泌气体或放气，下潜充气，上浮放气，到达新水层后，通过鳍的摆动克服鳔内气体体积变化造成的鱼体重力和鳔内气体浮力作用的比例变化，直至鳔内气体恢复到原有体积，鱼体处于中性浮力状态才减少运动能耗停留在新水层．     

磁铁精矿球团氧化动力学

推导出了磁铁矿氧化"单界面未反应核"修正模型,并应用该模型研究了凹山磁铁精矿球团的氧化动力学.研究结果表明:在800～950℃时,凹山磁铁精矿球团氧化反应表观活化能为64 kJ/mol,其氧化由化学反应所控制;在1000～1 050℃时,氧化反应的表观活化能为13 kJ/mol,反应为反应产物层的内扩散所控制;在950～1000℃时,氧化反应为混合控制;在较低氧化温度下,加入MgO可以降低化学反应阻力,提高球团的氧化率;在较高氧化温度下,MgO对扩散阻力无明显影响,添加MgO并不提高氧化反应速度,但在任何氧化温度下,添加MgO不改变磁铁矿氧化反应的控制环节.     

气压式电子驻车制动电磁阀控制特性

为实现气压式驻车制动系统的自动控制,研究了驻车控制阀的充放气特性及控制方法。通过分析重型车驻车制动系统的结构及工作原理,设计了气压式电子驻车制动系统的总体方案。分析了弹簧制动缸的力学性能,对电磁阀的快速充放气特性进行了研究,并与传统手动阀做了比较。分析了脉冲宽度调制(Pulse width modulation,PWM)的控制方法,研究了驻车制动系统控制阀在PWM控制下占空比与充气速率的关系。实验结果证明电磁阀可按需求保压并且可通过改变PWM信号占空比调节电磁阀充气速率。     

气动充放气系统二维非定常流场数值模拟

以典型气动系统为研究对象,考虑系统内部气体、元件和环境空气之间的耦合传热,将系统内部流场、元件和外部空气作为整体进行研究,建立气动充放气系统的二维模型,采用湍流κ-ε两方程模型,利用有限体积法(FVM)和动网格技术对充放气过程进行计算,得到系统内气体状态参数。在充放气过程中,气体速度最大值出现在放气管出口处,可达到超声速范围;气缸中温度梯度主要存在于内壁面处。在系统元件中,进气节流口壁面温度的上升幅度最大,放气节流口壁面及紧邻的气管壁面温度降幅最大。通过试验验证本方法的可行性,为非定常流场的计算和分析提供参考。     

安全气囊仿真技术在乘员离位模拟中的应用研究

在汽车碰撞乘员离位保护的研究中需要准确地了解安全气囊充气过程.文章基于MADYMO软件中的计算流体力学(CFD)算法,建立了某国产品牌轿车前排驾驶员侧和乘员侧气囊的CAE模型,并通过气袋的静态起爆试验验证了气囊充气模型的准确性;将气囊模型整合于车体模型中,建立了典型的离位仿真模型,经与离位试验的对比验证,进一步从运动学和动力学的角度验证了气囊充气模型的有效性和准确性,为乘员约束系统的离位研究和参数优化提供了有效的基础模型;并针对离位儿童设计了分体式气囊,对比原车气囊,可以降低儿童头部的伤害并且提供胸部的保护作用.     

高空飞艇高度控制系统设计及仿真

高空飞艇在上升和下降阶段时单独的空气舵控制或副气囊充放气操纵都难以实现飞艇的快速爬升和悬停的要求。针对高空飞艇纵的控制操纵特点,提出了采用副气囊充放气和空气舵组合控制的高空飞艇高度控制方案。当时高度存在大误差时,采用副气囊和空气舵组合控制改变飞艇的姿态实现快速爬升或下降;当接近悬停高度时,主要采用副气囊充放气进行高度调整,从而实现高度的大范围控制。首先完成了采用组合控制的高空飞艇动力学建模;然后,基于最优控制对高空飞艇纵向高度控制系统进行了设计;最后给出了高空飞艇高度控制系统的仿真验证。结果表明所提出的高空飞艇组合控制方案是可行的。     

单圆柱气囊缓冲性能探讨

基于有限元法和控制体积法建立了圆柱形气囊缓冲系统的有限元模型.以着陆速度6.7m/s、高2m、直径1 m的圆柱形气囊为例,利用LS-DYNA软件,计算空投设备着陆过程中的缓冲速度和加速度,并对影响气囊缓冲性能的排气孔开口大小、排气阀门值及气囊初始内压进行了分析.研究发现:改变气囊的排气孔开口大小和排气阀门值可以使空投设备的最大过载降至最小;在不超过排气阀门值的范围内,增大气囊的初始内压可以有效地提高气囊的缓冲性能.     

气压式升船机气囊模型试验研究

以橡胶气袋为内胎、尼龙织物制品为外胎制作的密封气囊作为气压式升船机的升降系统,对气囊的结构形式、承载能力及变形特点进行了研究。结果表明,气囊理想的结构形式是圆截面手风琴气箱工内外胎组合结构。该结构形式气囊充气后,既能在垂直方向产生较大的几何形状变形,又能承受较大的内压,支承较重的荷载。采用这种结构形式的气囊,就可以使气压式升船机在通航问题上发挥作用。     

基于等效磁路的PMECD变种群规模遗传多目标优化设计

基于等效磁路模型,提出了一种使用引入死亡和战争因素的变种群规模遗传算法进行永磁涡流驱动器的多目标优化设计的方法.首先建立磁场分析模型,推导关键参数的解析表达式.在此基础上,以永磁体厚度、极弧系数、铜盘厚度以及永磁体个数为变量,以输出转矩、转动惯量和驱动器体积为优化目标,提出了基于熵值权重的永磁驱动器多目标优化函数,然后应用引入死亡和战争因素的变种群规模遗传算法来优化结构尺寸.优化结果得到了实验以及有限元仿真的验证,并且与其他算法进行了比较.结果表明,相比其他优化算法,该基于解析模型的变种群规模遗传算法在结构参数优化设计中有很好的计算效果.     

High-temperature superconductor bulk magnets that can trap magnetic fields of over 17 tesla at 29 K

Large-grain high-temperature superconductors of the form RE-Ba-Cu-O (where RE is a rare-earth element) can trap magnetic fields of several tesla at low temperatures, and so can be used for permanent magnet applications. The magnitude of the trapped field is proportional to the critical current density and the volume of the superconductor. Various potential engineering applications for such magnets have emerged, and some have already been commercialized. However, the range of applications is limited by poor mechanical stability and low thermal conductivity of the bulk superconductors; RE-Ba-Cu-O magnets have been found to fracture during high-field activation, owing to magnetic pressure. Here we present a post-fabrication treatment that improves the mechanical properties as well as thermal conductivity of a bulk Y-Ba-Cu-O magnet, thereby increasing its field-trapping capacity. First, resin impregnation and wrapping the materials in carbon fibre improves the mechanical properties. Second, a small hole drilled into the centre of the magnet allows impregnation of Bi-Pb-Sn-Cd alloy into the superconductor and inclusion of an aluminium wire support, which results in a significant enhancement of thermal stability and internal mechanical strength. As a result, 17.24 T could be trapped, without fracturing, in a bulk Y-Ba-Cu-O sample of 2.65 cm diameter at 29 K.     

Effect of heating rate on the densification of NdFeB alloys sintered by an electric field

This study introduces a novel method of electric field sintering for preparing NdFeB magnets. NdFeB alloy compacts were all sintered by electric fields for 8 min at 1000℃ with different preset heating rates. The characteristics of electric field sintering and the effects of heating rate on the sintering densification of NdFeB alloys were also studied. It is found that electric field sintering is a new non-pressure rapid sintering method for preparing NdFeB magnets with fine grains at a relatively lower sintering temperature and in a shorter sintering time. Using this method, the sintering temperature and process of the compacts can be controlled accurately. When the preset heating rate increasing from 5 to 2000℃/s the densification of NdFeB sintered compacts gradually improves. As the preset heating rate is 2000℃/s, Nd-rich phases are small, dispersed and uniformly distributed in the sintered compact, and the magnet has a better microstructure than that made by conventional vacuum sintering. Also, the maximum energy product of the sintered magnet reaches 95% of conventionally vacuum sintered magnets.     

增程器用少稀土永磁交替极发电机设计与分析

针对传统的增程器用12极18槽永磁发电机制造成本高、感应电动势波形差等问题,提出了一种的新型结构永磁交替极发电机。通过改变极槽匹配关系和转子铁心上磁钢布置方式,实现稀土永磁用量的减少和感应电动势高次谐波的降低。利用有限元软件对四种结构的增程器发电机进行了建模仿真,结果表明与传统的增程器用12极18槽永磁发电机相比新型永磁交替极发电机能够减少稀土永磁用量;并且降低5次、7次感应电动势谐波含量。最后通过实验验证了新型永磁交替极发电机设计的合理性。     

单分子磁体与分子自旋电子材料

从单分子磁体合成、结构和性质及其在分子自旋晶体管、分子自旋电子管中的应用等方面,结合最新研究成果对这一有着应用前景的领域作了简要概述.单分子磁体是由内部的磁核和外围的有机分子壳层组成,可以通过修饰有机配体的基团和交换内部磁性离子等方法改善其物理和化学性能:带有烷基间隔基的[Co(Tpy-(CH2)5-SH)2]单核磁分子是一个弱偶合体系,而无烷基间隔基的[Co(TerPy)2]是强偶合,且Kondo温度异常地高(约25 K);将含两个磁中心的二核钒分子([(N,N',N"-trimethyl-1,4,7-triazacyclononane)2 V2(CN)4(μ-C4N4)])嫁接到电极表面出现有趣物理效应.上述就是在分子水平上研究电子自旋和电荷的分子自旋电子装置.     

液氦间接冷却超导磁体瞬态稳定性分析

本文根据传热学Fourier定律,建立了用铝骨架间接冷却的超导磁体在能量脉冲的作用下的瞬态传热模型。在超导体内部各向同性的假设前提下将其简化为一维瞬态导热问题,并求出了它的分析解。在此基础上,运用计算机对这种间接冷却的超导磁体进行了模拟实验,得出了在不同电流密度,不同能量脉冲、不同线圈厚度以及不同冷却条件下的正常区收敛速度的四组曲线,并对计算结果进行了解释。     

一种新型混合励磁分段转子开关磁阻电机

分段转子开关磁阻电机磁路短、损耗小,但功率密度低。在该电机的定子槽口增设12块永磁体,构成一种新型12/8极混合励磁分段转子开关磁阻电机。介绍混合励磁分段转子开关磁阻电机的拓扑结构和工作原理,建立电机的数学模型,分析永磁体的工作模式,并用等效磁路法验证其增磁作用。使用有限元法仿真其静态和动态特性,分析永磁体厚度对电机的影响、在不同电流下永磁体转矩与总转矩的占比关系。与传统分段转子开关磁阻电机进行对比,混合励磁分段转子开关磁阻电机的平均转矩提高10.7%,转矩脉动减少11.1%。     

永磁同步电动机中永磁体的三维涡流分析

有效准确地分析在正弦电压驱动下永磁同步电动机中永磁体的涡流损耗是研究实际电机发热及温升的关键。该文利用有限元方法,建立了场路紧密耦合的三维模型,对一台500 kW/60 H z内嵌式永磁同步电动机进行仿真研究,分析了在三相正弦电压源驱动下的气隙旋转磁场、转矩及考虑时间谐波作用下永磁体的涡流损耗,并阐明了电流的不同谐波分量对永磁体涡流损耗的影响。分析结果表明,轴向分割永磁块能将永磁体中涡流损耗降低至50%,并且减小齿槽谐波电流也能有效地降低永磁体中涡流损耗。     

基于解析模型的永磁同步电机涡流损耗计算

提出了一种表贴式带保护套永磁同步电机转子涡流损耗的快速解析模型,同时考虑了定子时空谐波、涡流反作用和永磁体周向分段3种情况。在考虑永磁体周向分段时,忽略次生谐波及其耦合影响,以简化计算过程。将此解析模型应用在6相24槽14极永磁同步电机上,首先对其结果进行收敛性分析,减少截断误差的同时提高了计算效率;然后用时步有限元法等进行精度验证,得到的平均涡流损耗与本模型解析解较为吻合;最后由解析模型,绘制永磁体层中的涡流电密图。本解析模型可以快速得到涡流损耗的响应面,为电机设计及优化迭代提供理论依据。     

多相永磁推进电机的外部短路分析

为了定量评估短路电流对多相永磁推进电机转子磁钢的危害,并为短路保护提供依据,建立了该类电机基于场路耦合的非线性电磁暂态数学模型。据此以一台50kW极18相永磁无刷直流电机为例,计算了发生外部单相对地和两相对地突然短路故障时的短路电流波形,并分析了发生短路时阻尼绕组对电磁暂态过程的影响,其仿真结果与实验结果吻合较好。研究结果表明,该方法可以有效地计算该类电机的暂态短路电流,可用于设计阻尼绕组和校核永磁磁钢的最大退磁工作点。