电致动聚合物致动器的动态响应研究

采用电场型电致动聚合物--介电弹性体(DE)制作了一种圆形致动器,在交流电压和直流脉动电压驱动下,分别研究了电压波形、幅值和频率的位移响应情况.实验结果表明,当幅值和频率相同、波形不同时,DE薄膜的驱动位移相差较大,在方波、正弦波和三角波电压下,其驱动位移依次减小.随着频率的增高,驱动位移的递减速度依次增大.当电压波形相同时,位移随电压幅值的增加而增大,随频率的增高而减小,均呈非线性关系,并且直流脉动电压比交流电压的驱动过程稳定.对比双向预拉伸2×2、3×3、4×4倍的DE致动器电致动实验结果可知,预拉伸4×4倍的DE致动器所需的驱动电场强度比预拉伸2×2倍和3×3倍的DE致动器所需的驱动电场强度高,从变形过程的稳定性、响应速度以及稳定变形条件下DE致动器所能承受的频率来看,预拉伸4×4倍的DE致动器优于预拉伸2×2倍和3×3倍的DE致动器.     

热汽泡驱动无阀微泵流动特性分析

基于热汽泡生长和冷凝为微泵提供泵送压力源以及扩张管/收缩管流动阻力特性不同而实现差量流动的原理,对不同加热时间比例、驱动频率以及不同扩张角度及功率下热汽泡驱动无阀微泵流动特性进行了研究.蒸发和凝结过程通过流体体积函数(VOF)两相流模型及用户自定义函数(UDF)接口实现.结果表明:相同加热时间比例下,随着驱动频率增加,微泵泵送流量呈先增加后降低趋势;加热时间比例为10％,驱动频率为250 Hz时泵送流量达到最大值5.87 μL/min;在保持微泵扩张管/收缩管长宽比不变的情况下,泵送流量随扩张角也有先增后减的趋势,并在扩张角为14°时泵送流量达到最大,扩张管/收缩管压差也较大;在整个驱动周期内扩张管方向颈部平均流速总是大于收缩管方向颈部平均流速;泵送流量随加热功率增加呈先增加后趋于平缓的趋势.     

离子聚合物金属复合材料电致动特性数值模拟

基于ANSYS参数化开发平台,通过编制龙格-库塔算法用户子程序求解离子浓度偏微分方程,采用温度场模型等效模拟水分子重新分布引起的机械变形,制定分析流程,对离子交换膜金属复合材料(IPMC)的电致动特性进行了数值模拟.研究了在外加电场作用下,Na 迁移运动规律与IPMC变形过程特征,通过结果比较证明了所提出方法的正确性.     

含咪唑类聚合物的电化学合成及电致变色

本实验通过电化学方法研究合成了一种不同的新型共轭聚合物PM1,相应的单体通过Still偶联反应合成了聚合物单体M1,合成得到的聚合物,具有多色电致变色现象,合成得到的电致变色材料亦被详细的表征.循环伏安法和紫外-可见光谱法被用来揭示聚合物膜的光电性能.     

微位移系统专用电致伸缩器驱动电源

根据微位移系统的要求和电致伸缩器件的特点,在专用驱动电源的电路上采取了相应的措施,并设计了新颖的电致伸缩器保护电路。     

无阀微泵锯齿形流道仿真模拟

介绍了无阀微泵的特点及其工作原理,提出一种应用于无阀微泵新型锯齿形流道.针对锯齿形流道不同开口角度,用CFD(computational fluid dynamics)软件进行了仿真模拟,得出了流道内速度和压力变化规律.分析了压力和流量的分布特征及关系曲线,为锯齿形流道微泵理论研究和优化设计提供了依据,并与单级锥形扩散/收缩流道作对比.结果证明,此锯齿形流道相对于锥形扩散/收缩流道可以提高微泵效率.     

超磁致伸缩微位移致动器的理论分析与设计

科学技术的快速发展使得机电设备越来越趋于微型化,为了在体积不足1cm^3的空间里达到精确测量,超磁致伸缩材料成为当下研究的热点。本文以J-A模型和磁-机效应法为依据,建立超磁致伸缩的磁机耦合模型,设计了以圆弧形超磁致伸缩薄片为核心部件的微型位移致动器。利用COMSOL Multiphysics仿真软件分析了当给予线圈电流密度为10^6A/m^2的驱动电流时,不同厚度的超磁致伸缩薄片模型,得到相应的应力张量图和磁致伸缩曲线。文中展示0.35mm厚度的铁镓合金辅以1mm厚度硅基底的致动器模型,并获得了较为理想的0.8μm输出位移量。将仿真与实验结果进行对比,证明了理论模型的准确性以及执行器结构的可行性。该微位移执行器具有体积小、响应快、精度高、便于集成等优点,在振动控制、微定位、机器人等领域有着广阔的应用前景。     

超磁致伸缩微位移致动器碟簧特征分析与设计

在传统的超磁致伸缩微位移致动器碟簧设计中，以预压力大小作为唯一设计指标．首先定性分析了微位移致动器的结构形式、传力机理；然后定量分析了超磁致伸缩致动器的输出特征，指出引入软性碟簧的可行性和必要性，使超磁致伸缩材料在阶跃段可获得更大的位移输出．针对不同预压应力及相关条件设计碟簧参数，通过试验证明了采用软性碟簧可以有效降低阶跃段系统等效刚度，从而改善换能系统输出．     

超磁致伸缩驱动微泵的磁场优化分析与实验验证

为使超磁致伸缩驱动微泵中超磁致伸缩材料(GMM)棒获得最佳的磁致伸缩性能,在ANSYS Maxwell软件中建立双线圈式驱动磁场、外线圈内永磁体式驱动磁场、内线圈外永磁体式驱动磁场模型,进行仿真分析,得到三种情况下微泵轴线上平均磁场强度和磁场均匀度,并通过试验验证优选结构的磁场强度和均匀度。结果表明:外线圈长度L_(q1)=104 mm,厚度d_(q1)=12.5 mm;内线圈长度L_(q2)=104 mm,厚度d_(q2)=12.5 mm的双线圈式驱动磁场相对于外线圈内永磁体式和内线圈外永磁体式平均磁场强度提高了117%和8.6%,磁场均匀度下降4%。试验结果与仿真结果基本吻合,验证了仿真模型的正确性。     

压电薄膜微致动器的制作和有限元分析

为实现高密度硬盘驱动器磁头的精确定位,设计和制作了一种与不锈钢基体粘结的压电薄膜微致动器。该致动器中的锆钛酸铅多层膜元件采用溶胶凝胶技术制作而成。对该致动器进行了实验测试和有限元分析。结果表明:当采用双层膜结构时,压电微致动器的位移/驱动电压灵敏度和谐振频率分别达到了1.396μm/±20V和15.13kHz;有限元仿真结果与实测结果基本吻合。     

无阀压电泵驱动的集成式微混合器

设计了一种无阀压电泵驱动的集成式微混合器,其中无阀压电泵采用三棱柱阻变高度流道式结构。利用等效电路模型研究了无阀泵的流动特性,并应用Fluent软件对无阀泵及Y型微流道进行了系统仿真分析,确定了无阀泵和Y型微流道的结构参数,并优选出了系统控制参数。在实验室内制作了微混合器样机,并进行了脉动和混合效果实验,结果表明:当入口流量为0.7 mL/min、脉动频率为100Hz时,流道内脉动效果明显,由此验证了该微混合器具备良好的工作性能。此项研究可为无阀压电泵在微流控领域的应用提供借鉴。     

高介电性聚氨酯的合成及性能研究

介绍了聚氨酯预聚体和扩链剂及聚氯乙烯的共混反应原理,选择了共混反应的良溶剂,研究了聚氯乙烯的含量、扩链剂的类型和含量以及固化方式等因素对性能的影响,所制备的聚氨酯弹性体具有良好的快速固化性和较高的介电强度及力学性能。     

套索驱动柔性机械臂设计与研究

针对刚性机械臂在狭小环境下运行困难、操作难度较大等问题,提出一种仿生象鼻的柔性机械臂.采用分段常曲率的假设对连续体进行分段处理,搭建连续体动力学模型;代入每段套索长度、弯曲角度等变量数据进行动力学仿真,绘制连续体三维模型;改变弹簧长度、弹簧刚度、套索协调方式,对柔性机械臂的机构进行仿真,确定模型的材料要求;搭建样机进行弯曲缠绕试验.仿真与试验结果表明,以弹簧、套索为核心的柔性机械臂可在较短时间内实现360°弯曲,完成弯曲缠绕动作.     

无阀电液位置伺服系统的自适应模糊PID控制器设计

针对具有AC伺服电机动态特性的无阀电液位置伺服系统设计了一种能够利用模糊规则动态的修正控制器参数的自适应模糊PID控制器，该控制器是基于常规PID控制器参数和动态性能指标之间的关系，建立了模糊规则表来更新控制器的参数。仿真结果表明了所设计的自适应模糊PID控制器与常规PID控制器相比，能够获得更好的动态特性和对于外部干扰更好的鲁棒性。     

均匀设计在机械共混热塑性弹性体NBR/PP中的应用

利用均匀设计,结合DSC量热分析结果,寻找出NBR与PP机械共混合成热塑性弹性体的最佳条件和主要影响因素·通过扫描电镜分析NBR与PP的相容性,证实了上述结果·工业试验样品测试表明其具有高的拉伸强度和断裂伸长率,并具有较好的耐老化和耐油性能,其主要指标达到了国外同类产品水平     

一种OLED双稳态驱动电路的设计方案

以光电双基区晶体管为驱动器,设计了一种有机电致发光显示器(OLED)双稳态驱动电路的方案,通过实验得出了输入光功率和输出光功率的光学双稳态的特性曲线,并对该双稳态电路在OLED驱动的应用上进行了分析.     

介电弹性体驱动器动态电压下的变形特征及击穿行为研究

针对介电弹性体(DE)驱动器驱动性能难以预测的问题,以VHB4910薄膜为待测DE材料,圆形DE驱动器作为研究对象,针对低频条件下(0.1～10Hz)DE驱动器的动态变形与击穿行为展开了实验研究。搭建了力电耦合实验测试平台,通过实验归纳了驱动电压参数对DE驱动器动态变形和击穿的影响规律。实验结果表明:DE驱动器的动态变形平衡位置受到电压幅值的影响,动态变形的振幅则受到电压频率和幅值的共同制约。动态击穿电压的数值分散性强,难以得到明显的规律特征,因此不能准确对动态击穿行为进行表征,而通过实验发现DE驱动器能承受的电压循环周期数会受到多种驱动电压参数的显著影响,故提出采用电压循环周期数对动态击穿行为进行分析。借鉴机械循环载荷下的经典疲劳曲线方程,提出利用名义静电应力幅值代替机械应力幅值、对DE驱动器在动态电压下的电致疲劳寿命曲线进行拟合的方法,以期为动态电压作用下DE驱动器的寿命预测提供一种新思路。     

Fluidic Control System Employing Micropump and Microvalves for Cell Isolation

IntroductionMany chip- based devices ( e.g.,micropumps[17]and microvalves[815] ) have been developed afternumerous efforts in the past decades.Developments in microfabrication technology havegreatly accelerated the progress towards a micrototal analysis system (μTAS ) in whichmicrofluidics plays a significant role includingreagent mixing,sample isolation,and the controlof fluidic flow rate and direction. The fluidiccontrol system described in this paper uses aminiaturized off- chip micropump…     

电机驱动的丝杆传动月球车的设计

模仿月球车的基本功能和设计思路,设计月球车实物模型一台,产品应同时达到以下要求:能在规定的场地中携带红旗翻越障碍,并能将红旗插在指定地点的旗桩上,站立拾取圆柱形的木块放入指定地区.同时使木块正立等.     

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.