石英微天平中有限矩形谐振元振动耦合的有限元分析

提出了一种处理石英微天平(quartz crystal microbalance，QCM)振动耦合问题的新方法．用ANSY56．0有限元软件直接对机电耦合场进行三维有限元分析，从而避免了一般解析和半解析分析中对控制方程的简化．通过对全电极晶片的振动分析，验证了计算的有效性，并找到了较好的单元尺寸比．对于部分电极晶片，分析了电极尺寸和电极区的等效厚度对有限谐振元振动特性的影响．根据本文的分析结果，提出了一些多通道石英微天平(MQCM)优化设计的建议．     

QCM传感器性能的有限元仿真分析

由于QCM传感器频率高、振幅小的振动难以观察,无法分析电极对传感器性能的影响.针对这一问题,通过引入了通用有限元分析软件ANSYS,在Workbench平台上建立石英晶片厚度剪切振动模式模型,分析了不同尺寸电极对QCM传感器性能的影响.仿真结果表明:电极直径增加会导致石英晶体的谐振频率下降;电极尺寸过大过小都容易导致寄生模干扰加强.     

用于液相检测的横向场激励模式压电传感器

与传统基于石英晶体微天平的压电传感器相比,横向场激励模式压电传感器具有更优异的性能。该文基于微声波理论,分析了横向场激励模式压电体声波器件的声传播机理,计算了石英晶体在任意切型及横向电场方向上的压电耦合系数,并根据计算结果设计了新型的传感器结构。3种不同浓度的水溶液用于测试传感器对液体粘度、介电常数和电导率等变化的响应。结果表明,横向场激励压电传感器不仅具有较好的质量敏感效应,还对被测液体电特性参数变化具有较高的灵敏度,可用于研制复合型压电生物传感器。     

用于液相检测的横向场激励模式压电传感器

与传统基于石英晶体微天平的压电传感器相比,横向场激励模式压电传感器具有更优异的性能。该文基于微声波理论,分析了横向场激励模式压电体声波器件的声传播机理,计算了石英晶体在任意切型及横向电场方向上的压电耦合系数,并根据计算结果设计了新型的传感器结构。3种不同浓度的水溶液用于测试传感器对液体粘度、介电常数和电导率等变化的响应。结果表明,横向场激励压电传感器不仅具有较好的质量敏感效应,还对被测液体电特性参数变化具有较高的灵敏度,可用于研制复合型压电生物传感器。     

木质纤维素薄膜制备与酶解过程的QCM-D分析

耗散型石英晶体微天平(QCM-D)是基于石英晶体的压电效应对其电极表面质量变化进行测量的仪器,已被证明是一种高灵敏的在线表界面过程分析工具.本文综述了近年来木质纤维素薄膜制备及应用QCM-D研究其酶解过程的分析进展,分别从薄膜制备、纤维素酶吸附(纤维素、木质素、混合底物)、酶解历程分析、动力学建模等4个方面进行简要介绍.上述研究成果有助于理解纤维素酶与木质纤维素的相互作用规律,为设计新型复配酶制剂、深刻理解纤维素酶解机制提供基础和指导.     

石英晶体微天平传感器在油品粘度中的应用研究

利用石英晶体微天平传感器开发了一种新的油品粘度监测方法，阐明了石英晶体微天平传感器在油品粘度监测中应用的基本原理，研制了适合油液环境的传感器探头以及振荡电路，实验结果表明，传感器的频移值与润滑油粘度的平方根值有良好的线性关系,利用石英晶体微性关系，利用石英晶体微天平传感器对油品粘度进行监测是很灵敏的，因此适合用于油品在线粘度的分析。     

基于APDL的浮动舱室有限元参数化声学建模与分析

运用APDL语言开发参数化计算模块程序,完成某船浮动舱室的三维声学建模,根据实际工作情况选取约束条件,在ANSYS环境下对整体舱室进行有限元模态分析,对比分析不同防火等级情况下舱室低阶振动频率.编制流固耦合声学计算程序并进行谐波声场分析,验证不同厚度防火岩棉对舱室声学性能的影响.将参数化设计与有限元分析相结合,实现复杂模型的结构参数调整、自动生成实体模型并完成有限元分析,对优化船舶舱室声学设计具有重要作用.     

电极表面核酸杂交动力学模型研究

杂交是核酸研究中一项最基本的实验技术。我们导出了核酸在石英晶体微天平电极上的杂交反应动力学模型。并对模型进行了验证。     

铝合金轮毂的有限元分析

为了对铝合金轮毂进行力学性能的分析,基于CAD软件UG进行铝合金轮毂的三维建模,以幅板厚度和两幅板间夹角为变化量,建立了不同结构尺寸和形状的铝合金车轮模型。通过对有限元计算结果的分析,找到了幅板厚度和两幅板间夹角的最佳范围。结果表明:该方法可缩短设计周期,降低成本,对工程应用有一定的实用价值。     

影响石英晶体微天平频率变化因素的分析

由QCM技术与电化学技术联用,构成的电化学石英晶体微天平(EQCM)技术是一种有效的研究电极表面过程极其灵敏的新方法,在电化学反应机理、电聚合、表面电化学等领域的研究中,有其独到之处,具有很好的应用前景.但在我国,对QCM理论了解的人们不多,并且影响液相中石英晶体振荡频率变化的因素比较复杂,其实际应用的效果并不理想.本文详细分析了影响石英晶体微天平频率变化的因素.     

核岛双闸板闸阀振动特性的数值模拟

介绍了核安全级阀门振动特性计算在动力学分析与核安全评审中的重要作用,阐述了采用有限元分析法进行产品振动特性分析的实用性,讨论了采用三维有限元分析软件进行核安全级阀门振动特性数值模拟的基本思想和过程.同时,根据核岛核安全级平行式双闸板闸阀产品的设计数据建立三维计算模型,用三维有限元计算方法,对阀门装配整体进行计算,处理了接触面并解决了计算量和精度的矛盾,所得阀门前6阶固有频率是阀门抗震计算的重要基础.     

基于弯曲和径向疲劳试验的车轮仿真分析

车轮在设计完成后,需要进行弯曲和径向疲劳物理试验,检验是否满足疲劳寿命的要求。为解决这种开发模式周期长、成本高的问题,基于弯曲和径向疲劳物理试验的方法,使用Creo和Ansys Workbench软件对材质为A356、规格为16×7 J的某型铝合金车轮,建立三维模型和有限元模型。给出仿真流程和仿真思路,采取静态分析模拟动态分析的方式,预测车轮疲劳寿命和安全系数。仿真结果表明,两种试验仿真中最大应力出现的位置与物理试验的位置相一致,验证了有限元方法预估车轮寿命的有效性,从而可以根据分析结果对车轮进行优化设计。     

腹板式航天器结构减振降噪的优化设计研究

针对腹板式航天器在轨运行过程中的结构减振降噪问题,利用FEM/IBEM法,提出了一种基于模态贡献度对流固耦合系统进行减振降噪的结构优化设计方法。先采用分块兰索斯法求解结构前20阶自由模态,获得固有振型。再利用间接边界元法,对姿控发动机激励下的整体结构进行模态贡献度分析,确定了对某灵敏仪器所处位置声学贡献最大的面板,以该面板为优化设计对象,一阶固有频率最大化为目标函数进行频率响应拓扑优化和形貌优化。优化结果表明,耦合系统在姿控发动机激励下,敏感仪器所处位置的峰值声压最大下降了21.27dB,总体质量减轻了6.83kg,获得了比较理想的减振降噪效果。     

声子晶体导线的振动带隙特性

为了解决超、特高压输电线路的舞动问题,提出了一种由导线、间隔棒、弹簧振子组成的声子晶体导线。基于导线的振动微分方程与Bloch理论,建立了计算声子晶体导线振动能带结构的传递矩阵法,进而通过计算发现声子晶体导线在舞动常发的频率范围内具有局域共振型带隙特性。为了验证该带隙特性,以四分裂导线为例,应用有限元法计算了有限周期声子晶体导线的振幅和频率响应特性。结果表明,在带隙的频率范围内导线振动响应具有明显衰减,为输电线路减振防舞提供一种新思路。     

某车型转向系统NVH性能分析与优化

针对某车型怠速时转向系统NVH性能存在的问题,采用仿真分析与实验测试相结合的方法,对汽车转向系统进行动力学特性分析. 建立转向系统的有限元模型并对其进行仿真分析,通过转向系统客观振动测试和模态测试,验证了有限元模型的正确性. 为了有效解决汽车怠速共振问题,基于有限元方法对转向系统进行尺寸优化,优化后系统NVH性能改善明显,达到了汽车舒适性的要求,验证了基于CAE仿真方法对转向系统振动特性优化的可行性.      

基本构件浮动式行星轮系的振动特性

基本构件浮动是解决行星轮系均载问题的有效方法,基本构件浮动会改变整个行星轮系的模态,此类轮系设计过程中,需首先开展其固有特性研究,以规避共振区.研究了圆盘行星架浮动、太阳轮浮动、太阳轮与圆盘行星架同时浮动以及无构件浮动4种情况下行星轮系的振动特性,利用CATIA对行星轮系进行了参数化实体三维建模与干涉分析,通过有限元软件WORKBENCH进行了模态分析,分别提取了前10阶固有频率与振型,并对结果进行了分析和对比.论文研究可为基本构件浮动式行星轮系设计时共振区的规避提供参考和依据.     

基于XGBoost-PSO的混凝土重力坝体型多目标优化设计

为解决重力坝优化设计以截面尺寸作为唯一设计变量,缺乏考虑材料属性对重力坝优化设计影响的问题,综合经济、抗震安全进行重力坝多目标优化设计方法研究,构建了综合经济、抗震安全指标的多因素评价体系;采用ABAQUS软件对重力坝进行有限元静动力分析,基于计算结果采用变权功效系数法进行量化评价;采用XGBoost-PSO算法进行寻优得到最终优化方案。实例验证结果表明：多目标优化方案与初始方案相比,在经济、抗震安全指标上都得到了明显改善;相比传统单目标优化模式,经济、安全多目标优化更适用于抗震安全要求高的重力坝工程。     

一种解决群进化算法参数设置问题的最优向量法

群进化算法是智能计算领域研究的核心内容,而算法中数值型参数的设置是影响算法搜索效率的重要因素,因此设计解决参数设置问题的方法也是群进化算法研究的重要内容.目前解决参数设置问题的常规统计方法是根据算法搜索的部分结果组成有限样本数据,依据统计最好值个数大小的判定结果来确定最优参数预设值.常规统计方法在有些测试样本数据中很难确定唯一的最优参数预设值.为了解决常规统计方法的缺点,提出了一种最优向量法,该方法可以将任意形式有限样本数据转换为向量,依据向量计算的判定规则进行最优参数预设值的确定.实验结果表明,依据获取的有限样本数据通过最优向量法找到最优参数值,采用该参数值的群进化算法搜索效率相对最优,从而验证了最优向量法的有效性.     

摩托车匹配性能分析

振动问题是困扰摩托车产业发展的一大障碍．为了解决摩托车振动问题，在摩托车整车研发技术方向中，专门提出了整车匹配技术问题．基于有限元法及振动理论，应用国际通用的有限元软件MSC．PATRAN／NASTRAN，结合一款摩托车，对摩托车进行匹配性能进行研究，从根源上提出了一种有效的解决摩托车振动问题的分析方法，缩短了摩托车的开发周期，并节省了产品的开发成本，对摩托车企业的开发设计具有重要的理论意义和工程实用价值．