连铸中间包测温传感器热惯性响应函数的研究

中间包钢水黑体空腔连续测温传感器的保护套管由耐高温、耐冲刷材质构成,导致传感器在测量中存在热传导惯性,测温输出信号滞后于被测温度的变化,产生动态测量误差。针对于黑体空腔连续测温传感器的热响应惯性,根据传感器实际物理参数,运用有限元分析方法构建传感器的模型,建立传感器的热响应函数,进而根据传感器初始温度测量值对其钢水温度进行预估。最终为降低传感器温度测量动态误差、提高测量实时性提供了一种有效的补偿方法。     

纳米炭黑/硅橡胶柔性压力传感器的交流特性

在印有叉指电极的陶瓷衬底上,制作纳米炭黑/硅橡胶复合导电材料的压力传感器,并研究该传感器在交流驱动下的压敏特性.结果表明:在1kHz测试条件下,该传感器呈正压阻效应;随着测试频率的增加,纳米炭黑/硅橡胶界面处的空间电荷极化强度减小,器件的正压阻效应减弱;当器件负载/卸载时,传感器的响应和恢复时间均小于3s;当连续加载压力时,传感器可分辨的压力为0.5N.     

钢水测温传感器的有限元分析

在分析钢水测温传感器传热过程的基础上,建立了测温传感器的有限元模型.基于此模型对传感器内外层结构、物性参数和边界条件等影响传感器温度测量的各个因素进行分析.实验结果表明仿真值与测量值相比最大误差小于6 K;传感器滞后主要取决于外层保护套管;传感器物性参数可以取为常数;当对流换热系数足够大时,再改变对流换热系数对温度影响较小.这些结果可为传感器的优化设计和实际使用提供理论依据,且可在基于模型的反演算法中提供正向解.     

针型复合钨/氧化钨微型pH复合电极的研制及应用

利用自制的钨/氧化钨为p H指示电极,以Ag/Ag Cl电极为参比电极,组装于不锈钢针头内,制成针型钨/氧化钨微型p H复合传感器.该复合p H电极对H+的响应范围为p H=2.0~11.0,能斯特响应斜率为-53.83 m V/p H,响应时间小于1 min.该电极具有机械强度高、响应快、重现性好、制作简单等优点,并已应用于水果原位微区测量,具有较好的效果.     

改良土填筑过渡段基床底层的动力特性分析

通过动三轴试验及拟合参数法获得软岩改良土的动强度,以允许动强度为标准,评判软岩改良土可以作为基床底层以及路堤本体填料.同时,基于D'Alembert原理的能量弱变分和整体Lagrange格式,建立路桥过渡段半空间垂向耦合的动力计算模犁,进一步分析不同列车速度下路桥过渡段的动态响应特征,并通过现场实测数据对比验证模型的正确性.研究结果表明:在列车荷载下,竖向动位移幅值波动范围为0.05-0.35 mm,小于控制值;弹性应变幅值小于3×10~(-5),处于小变形阶段;竖向动应力幅值波动范围为15.5～19.5 kPa,远小于改良土的动强度;采用刚性过渡较合理,掺入5%水泥的改良土可用于其基床底层及路基本体的填筑.     

基于热加工图及响应面法的手把体多目标优化

以手把体为例,综合考虑应变速率及变形温度对材料微观组织结构和性能的影响,运用DEFORM材料库中的应力应变数据,建立了45钢的热加工图,初步为手把体锻造提供合适的工艺参数范围.进一步以初始锻造温度、飞边槽桥部高度、模具下压速率为优化变量,以锻件最大损伤值、终锻成形载荷、坯料填充率为优化目标,采用Design-Expert软件进行了响应面拟合建模分析,得到三个目标量的二阶响应面模型,并进行优化分析,经数值模拟验证其误差范围小于5%.生产实践结果表明:多目标优化后的工艺参数能够获得形貌完整的锻件,并有效地减小最大损伤值,降低成形载荷,显著地提高了材料利用率.     

微变电容式传感器的设计与应用

微变电容式传感器是为边境线、狱墙等场合的需要而设计的.该设计以传输线理论为基础,采用FFT算法和相位微分法检测与处理信号,利用同轴电缆的低频特性高灵敏地探测被测量,利用其高频特性测量被测量产生的位置.该传感器在狱墙报警系统中的应用结果表明,微变电容式传感器最大定位相对误差小于6.0%,误警率小于0.3%,漏警率小于0.2%.     

一种适用于骨肿瘤热疗的光纤光栅测温传感器

为解决骨肿瘤微波热疗时传统电子传感器在微波场环境中无法工作、探针刺入骨膜部位时易折断以及使用寿命短的问题,本文采用光纤光栅测温原理设计了一种测温传感器,该传感系统包括测温探针和光纤光栅多点温度监测仪,采用特殊的一体化结构设计及封装工艺,使探针具有0.5 mm壁厚,提高了传感器整体尤其是探针的机械强度,确保了传感器整体密封性能;采用不锈钢材质加工制作,延长了传感器的使用寿命。实验结果表明,传感器的精度为±0.3 ℃,测温响应时间为5 s。临床应用测试结果表明,该系统分辨率达到0.01 ℃,精度、可靠性高而且抗电磁干扰。     

I~(51+)离子的KLn双电子复合过程研究

使用相对论组态相互作用方法计算类氦I离子的KLn双电子共振强度、速率系数.双电子复合共振强度随着n的增加迅速降低.对于同一个双激发态,通过内壳层衰退的双电子复合共振强度和速率系数高于通过外壳层衰退的双电子复合共振强度和速率系数.通过内壳层2p电子辐射衰退的通道1s2pnl-1s2nl是最主要的KLn双电子复合辐射衰退通道.1s2pnl-1s2nl辐射衰退通道中对双电子复合速率系数贡献最大的是1s2p2-1s22p辐射衰退通道.1s2p2-1s22p辐射衰退通道的双电子复合速率系数占1s2pnl-1s2nl辐射通道速率系数的70%.     

高温熔体连续测温方法研究

高温熔体连续测温一直是一个难题.通过分析比较目前常用测温方法的优缺点,提出了裸头热电偶直接连续测温的新方法.它有效地解决了保护管式热电偶滞后时间长、寿命短,快速测温偶测温精度不高、不能连续测温,中间导体式热电偶受温度场不均匀度影响较大的问题.理论计算和实验证明,这种方法的热平衡误差为0.24 ℃,温度响应时间常数小于0.3 s,明显优于其他方法.它适用于高温熔体在熔炼、转运、浇注及凝固成型等过程的温度连续测量及其智能控制.     

基于响应面法的复合材料舱壁结构优化设计

为减轻船舶结构重量,提高船舶的承运能力,造船企业逐渐考虑采用复合材料结构替代常规的钢制舱壁结构。为得到最佳的舱壁结构设计参数,提出了一种将响应面模型与遗传算法相结合的优化设计方法。采用Box-Behnken设计方法,在设计空间中抽取样本点并进行模拟,建立舱壁最大变形、最大Mises应力及质量的响应面模型。利用遗传算法对响应面模型进行优化,得到Pareto最优解。仿真实验表明:与原先的钢制舱壁方案,优化后的质量减轻了约23%,最大变形基本与钢制舱壁方案一致。研究结果表明所提出的方案适用于工程结构多参数优化设计。     

柔性微热剪切应力传感器阵列 

设计了一种基于微机电系统的、制备在柔性聚酰亚胺衬底上的双热线结构微型热剪切应力传感器阵列,可用于复杂形状物体表面所受剪切应力的矢量化测量.基于传感器的原理,用Comsol软件对传感器进行了温度场和流场的仿真,说明了传感器制作工艺流程,用硅橡胶与聚酰亚胺在酒精中浸泡后易于剥离的特点实现柔性传感器脱膜.对传感器实物进行了温度电阻系数和响应频率的测试.实验结果表明,设计的工艺路线简单,结构参数合理,可以实现所需柔性传感器阵列.

     

一种小量程应变式压力传感器结构设计

提出了一种新型的梁膜结构,其体积较小、应力集中效应明显,特别适合作小量程应变式压力传感器。通过有限元分析发现,当膜片厚度与梁厚度为某一比值时,膜片中心应力值最大,而位移量较小,即传感器灵敏度较大,而非线性较小。设计的传感器样品的灵敏度达0.5 mV/V,总精度优于0.1%F.S。     

热屈曲碳/碳化硅薄壁结构非线性振动响应特征分析

鉴于高超声速飞行器部分薄壁结构处于严峻的热声环境中,利用有限元法研究热声载荷联合作用下的复合材料薄壁结构随机动态响应。依据板壳理论构建复合材料层合板结构系统运动方程,然后将系统运动方程转换到模态坐标下,并采用有限元法数值积分求解结构随机响应;此后基于C/SiC薄板后屈曲状态下动态响应中位移和应力信息,分析了典型的非线性振动响应特征。结果表明热载荷和声载荷对处于热后屈曲状态下的C/SiC复合材料薄板结构响应的影响方式不同;与此同时,分析了结构表现出的三类典型运动:沿初始热屈曲平衡位置线性随机振动、沿两个屈曲平衡位置之间地跳变运动以及沿任一热后屈曲平衡位置小幅值随机振动。     

复合材料广义热弹性问题格点型有限体积法研究

基于Lord-Shulman(L-S理论)、Green-Lindsay(G-L理论)及经典热弹性耦合理论(T-C理论),本文发展了一种适用于二维复合材料广义热弹性问题的格点型有限体积法(CV-FVM).运用交错网格技术,待解变量存储在单元节点,物性参数存储在单元中心,控制方程空间项采用双线性四边形单元进行离散,时间项采用欧拉隐式进行离散.针对均质无限大方板热冲击问题,本文对CV-FVM进行了数值验证,计算结果表明,本文发展的数值方法可以很好地捕捉热波波前和弹性波前的温度阶跃特性及热弹耦合特征.本文采用CV-FVM进一步研究了不同梯度系数p下钛合金/氮化硅复合板的热冲击问题,发现L-S理论复合板p=1时预测的功能梯度界面应力最小;T-C、G-L理论下,复合板p=10时预测的功能梯度界面应力最小,不同耦合理论选系数p对界面热弹性行为影响规律并不相同,并非材料线性分布(p=1)时界面应力幅值最小.本文发展的CV-FVM可作为复合材料热波问题和广义热弹性问题求解的一种备用工具.     

一种用于测量混凝土试件温度应力的温度荷载施加方法

采用电热带缠绕混凝土试件的加热方法,设计了一种用于测量试件温度应力的温度荷载施加方法．混凝土试件为圆柱体,内部中心位置埋设混凝土应变计和温度传感器,电热带外侧用隔热保温性能良好的聚氨酯泡沫填缝剂密封．试验时把试件置于普通压力试验机的上下承压板之间,温度传感器控制升温幅度,压力传感器测定温度应力,内埋的混凝土应变计和外设的千分表测量试件的温度变形．试验结果表明,该方法能够给混凝土试件施加较为均匀的温度荷载,升温幅度可达70℃;与水浴、油浴等其他加热方法相比,该方法不仅结构简单、试件受热均匀,而且能在普通压力机上进行温度应力测定,为温度应力的试验研究提出了一条技术思路．     

基于氧化铝陶瓷的无线无源高温压力传感器的设计与制备

设计并制备了一种基于氧化铝陶瓷的无线无源高温压力传感器。首先在常温、压力测试范围为0~0.4 MPa的设计条件下,利用ANSYS仿真软件对所设计的结构进行了力学模型的分析,得出方形氧化铝陶瓷的最大等效应力小于最大许用应力;之后从切片与冲孔、叠片与热压、高温烧结、丝网印刷与后烧等主要工艺步骤介绍了基于氧化铝陶瓷压力传感器的制备方法;最后对其进行了导通性测试。所制备的压力传感器可用于常温下的压力检测和高温下的性能研究。     

基于颜色检测的亚硝酸盐传感器设计

针对水资源中亚硝酸含量自动连续在线检测系统的经济适用性、准确性和便携性要求,基于比色法原理,提出一种非接触式的液相溶解亚硝酸盐浓度检测方法。通过颜色检测设备对反应后溶液颜色进行识别,建立检测信号和亚硝酸盐浓度之间的回归方程。实验结果表明：在5~30℃的环境下,该传感器具有良好的稳定性,测定系数R²为0.998 9,相对误差的最大值为5.12%,相对标准偏差的最大值为6.77%;水中亚硝酸盐检测传感器所测数据与商用传感器检测数据的最大相对误差为2.76%。该传感器成本低、结构简单、响应时间短,适用于低浓度亚硝酸盐的快速检测。     

水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面温度梯度分析

着重分析了水泥混凝土与沥青混凝土复合式路面温度梯度的变化规律及其受沥青层厚度的影响状况，并结合我国各地气象资料，建立了一个适用于不同沥青层厚度、不同混凝土板厚度的计算混凝土板最大温度梯度的回归公式，为进一步研究该种路面结构的温度应力奠定了基础     

基于SSO算法优化神经网络的数控机床热误差建模

针对影响五轴数控机床加工精度的复杂热特性,提出了一种用于摇篮式五轴数控机床热误差建模方法.该方法主要采用鲨鱼嗅觉优化(SSO)算法和神经网络的复合建模方式,有效提高了机床热误差预测模型的精度和建模效率.首先通过使用热成像仪筛选出机床的温度敏感点,然后将温度传感器布置在机床热敏感点的位置,将采集到的热特性数据采用本文所提方法进行热误差建模,结果表明,该方法在建模速度和精度上要优于ABC和PSO神经网络,最后将该热误差预测模型应用于五轴数控机床热误差补偿实验,将试件加工精度提高了32%.