基于Hamaker假设的黏着接触弹性模型

为研究微纳米系统中的黏着接触问题，基于Hamaker假设和Lennard-Jones势能定律，通过积分方法得到了球体与平面间的黏着力，同时结合经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面黏着接触的弹性模型，该模型可以同时得到平面轮廓随间距的变形过程及黏着力和平面变形量随间距的变化规律，当球体半径较大时，所建模型与基于Derjaguin近似的黏着模型给出的结果基本一致，随着球体半径的逐渐减小，两种模型的差异逐渐增大，这是由于Derjaguin近似的误差随球体半径的减小而增大引起的，因此，当球体的半径趋近纳米级时，基于Hamaker假设的黏着接触模型可以给出更加准确的结果。     

球体-平面黏附模型分析

为确定Bradley黏附模型与Hamaker假设黏附模型之间的关系和差异,运用Hamaker假设和原子间的Lennard-Jones势能推导出了两平面间的相互作用力,通过与平面间的Lennard-Jones势能进行对比分析,得到了原子势参数与平面势参数间的关系式.根据此关系式将Bradley模型转化为由Hamaker常数描述的黏附模型,并根据Hamaker常数的定义式将Bradley模型最终转化为由原子势参数和Hamaker常数描述的黏附模型.理论分析与仿真结果表明,基于Hamaker假设的黏附模型与Bradley黏附模型完全一致,证实了原子势参数与平面势参数间关系式的正确性,为采用连续介质力学方法研究微观离散世界的黏附问题提供了理论基础.     

基于Hamaker假设的黏着接触弹性模型

为研究微纳米系统中的黏着接触问题，基于Hamaker假设和Lennard-Jones的势能定律，通过积分方法得到了球体与平面间的黏着力，同时结合经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面黏着接触的弹性模型．该模型可以同时得到平面轮廓随间距的变形过程及黏着力和平面变形量随间距的变化规律，当球体半径较大时，所建模型与基于Derjaguin近似的黏着模型给出的结果基本一致，随着球体半径的逐渐减小，2种模型的差异逐渐增大，这是由于Derjaguin近似的误差随球体半径的减小而增大引起的．因此，当球体的半径趋近纳米级时，基于Hamaker假设的黏着接触模型消除了Derjaguin近似所带来的误差，可以更加准确地给出黏着力和平面变形量随间距的变化规律．     

一种快速三轴全方位光电跟踪策略

为了消除两轴光电跟踪系统的跟踪盲区,提出了一种存在冗余自由度的三轴光电跟踪系统.先运用四元数方法,建立三轴光电跟踪系统的运动学模型,然后在此基础上,应用极小范数最小二乘算法,设计出一种快速三轴全方位的光电跟踪策略.该跟踪策略针对方程系数求取Moore-Pen-rose广义逆矩阵,通过对三轴光电跟踪系统的运动方程进行三角变换,得到了三轴角增量组合的极小范数最小二乘解.仿真和实验结果表明,该跟踪策略不需要复杂的寻优过程,即可真正实现三轴联动全方位连续跟踪运动,与其他跟踪策略相比,该跟踪策略在跟踪运动过程中所需的各轴转动角度更小,因此跟踪性能更加优越.     

微机械黏着接触问题的建模和分析

为研究微机械系统中的黏着、接触和变形等微观现象，基于经典弹性理论和Lennard-Jones势能定律建立了弹性球-球黏着接触模型，得到了黏着力、球面变形量及接触半径随两球体间距的变化规律．结果表明：在黏着引力的作用下，两球体在尚未接触时已产生明显的拉伸变形，导致两球体在1．5倍的原子间距时开始接触；当两球体接触后，球面轮廓和黏着力在接触区内外之间光滑过渡，不存在明显的接触区临界值．通过分析黏着力随间距的变化规律，得出了只有当两球体间距大于5倍的原子间距时，刚性黏着模型才能比较准确地得出两球体间黏着力的结论，为微机械黏着接触问题、纳米摩擦学和原子力显微镜的动态扫描等研究提供了理论根据．     

基于RBF神经网络变结构控制的齿隙和摩擦补偿

齿隙和摩擦是齿轮传动系统中制约运动控制精度不可避免的非线性现象,常规的PTD控制难以达到较好的控制品质,变结构控制是解决非线性系统控制问题的一种有效方法.基于滞环齿隙模型和集合摩擦模型,建立了齿轮传动系统动力学模型.采用径向基函数(Radial Basis Function,RBF)神经网络和变结构原理构成复合控制器,对系统齿隙、摩擦进行了补偿.仿真分析了分别采用PID控制、增益固定变结构控制以及RBF神经网络变结构控制的补偿效果.结果表明,RBF神经网络变结构控制降低了增益固定变结构控制的抖振现象,控制精度优于PID控制.     

模糊理论在纳观摩擦机理研究中的应用

利用Greenwood-Williamson(GW)模型建立了模拟物体表面的半球体形貌模型,并利用半球的半径隶属函数来定义了物体表面的“光滑”、“一般”与“粗糙”;应用经典的Hertz理论从接触的角度提出了物体表面单球接触力学模型,并建立了动力学方程;最后利用模糊理论对单球系统动力学方程进行叠加,得到了纳观整体滑块的摩擦力与滑动速度的关系.     

圆形微通道的热交换特性及其尺寸效应

基于圆形微通道的能量守恒及热传导方程,在考虑速度滑移和温度跳跃的情况下,利用逆解法得到了一个热充分发展的温度场计算式.根据定热流边界条件,推导了圆形微通道的努塞尔数和温度跳跃的新表达式.通过计算努塞尔数和对流换热系数,分析了圆形微通道的热交换特性及尺寸效应,对纯净水在圆形微通道中的换热性能进行了数值仿真.仿真结果表明:在滑移流范围内,随着管径减小,换热系数增大,流固界面的温度跳跃随着与入口端的距离增加而减小,从而验证了理论推导的正确性.     

屈曲式微加速度开关设计与分析

根据弹性梁的大挠度后屈曲理论，建立了多力耦合作用下加速度开关系统的动力学模型，由此设计了一种新型屈曲式微机械加速度开关．该开关采用倾斜微梁支撑敏感质量块，将两折叠梁固定于质量块的上下表面，从而保证了开关动作的方向性．利用弹性线方法计算了倾斜支撑梁结构大挠度后屈曲的非线性刚度，分析了气膜阻尼力和触点接触力对系统性能的影响，并运用数值方法对含有椭圆积分的强非线性系统进行了动态特性分析．仿真结果表明，所设计的开关响应时间低于6ms，不稳定接触时间小于0．02ms，在闭合状态下触点的接触力大于50mN，与其他类型开关相比，它具有良好的闽值特性和接触可靠性，因此在惯性控制系统中具有广泛的应用前景．     

粒子群优化算法的惯性权值递减策略研究

为了有效地控制粒子群优化算法的全局搜索和局部搜索，基于递减惯性权值的基本思想，在现有的线性递减权值策略的基础上，提出了开口向下抛物线、开口向上抛物线和指数曲线3种非线性的权值递减策略，并采用Sphere、Rosenbrock、Griewank和Rastrigrin这4个标准测试函数测试这些策略对算法的影响．试验结果表明，对于多数连续优化问题，在初始权值和最终权值相同的情况下，凹函数递减策略优于线性策略，而线性策略优于凸函数策略，凹函数递减策略能够在不影响收敛精度的情况下较大幅度地提高粒子群算法的收敛速度．