飞轮储能系统机电耦合非线性动力学分析

对永磁悬浮-机械动压轴承混合支承式飞轮储能系统的机电耦合动力学问题进行了研究. 基于机电分析动力学原理, 给出了系统各部件的动能、势能、电机气隙磁场能和系统的耗散函数, 并由广义Lagrange-Maxwell方程建立了系统的机电耦合动力学微分方程组. 推导出了适用二阶多自由度常微分方程组的四阶隐式Runge-Kutta公式, 并运用Gauss-Newton法求解了机电耦合动力学非线性代数方程组. 完成了储能0.3 kW飞轮系统动力学特性分析, 研究结果表明, 上阻尼系数变化对储能飞轮系统的机电耦合共振频率没有明显的影响, 但是使系统的共振峰幅值大幅降低. 随着下阻尼系数增加, 系统的机电耦合共振频率增大, 同时系统共振峰幅值下降. 随着电机转子稀土永磁体剩余磁感应强度增大, 系统的机电耦合共振频率减小, 同时系统共振峰幅值增大.     

高精度微机电陀螺研究现状与发展趋势

微机电陀螺具有体积功耗小、重量轻、成本低等优势,在工业与国防装备中广泛应用.高精度的微机电陀螺可提升多类装备、平台姿态测控精度,有望解决无人车、无人机等装备在复杂环境下的自主导航问题,发展前景广阔,因而始终是惯性领域的热点研究方向之一.但是高精度微机电陀螺研制面临的技术挑战同样十分巨大,本文首先梳理了高精度微机电陀螺的结构演变规律,并将其分为质量块式结构以及旋转对称式结构进行了性能分析与对比.接着针对微机电陀螺表头品质提升问题,总结了微谐振结构的品质因数提升方法以及频率修调方法,然后按照速率模式、速率积分模式以及频率调制模式介绍了高精度微机电陀螺控制技术研究现状.最后,本文对高精度微机电陀螺的发展和应用趋势进行了展望.     

2—2结构压电复合材料的机电耦合系数研究

对２－２结构的压电复合材料提出一种动态模型，求解沿界面传播的平面波，获得这平面波传播的色散曲线。取换能器厚度为半波长或其奇数倍，换能器的谐振，反谐振频率及高次谐振频率的实验值与理论色散曲线相吻合。由动态模型可求得压电复合材料厚度振动的机电耦合系数随两仃材料的宽厚比和体积比的变化。     

微纳机电系统(MEMS/NEMS)前沿

微纳机电系统(MEMS/NEMS)将处理热、光、磁、化学、生物等结构和器件通过微电子工艺及其他一些微加工工艺制作到芯片上,并通过与电路以及相互之间的集成来构筑复杂的微型系统.由于微纳机电系统具有高度的交叉性与渗透性,而使其研究和发展呈现出多样性.本文立足于微纳机电系统与集成电路的交叉,侧重讨论微纳机电系统与CMOS集成电路的集成、微纳机电系统技术与纳米技术的融合,以及与现代生物技术的交叉,就一些典型的器件与工艺,介绍一些前沿发展和趋势.     

生物耦合及其分类学与特征规律研究

生物功能源自生物耦合作用的现象, 是多元仿生的重要生物学基础, 也是仿生学领域的重要发现. 从仿生学角度, 提出了生物耦合相关的基本概念, 阐释了生物耦合的构成、分类及其特征规律, 分析了生物耦合研究的一般模式, 并展望了多元耦合仿生的前景.     

集成微光机电系统在光通信中的应用与展望

本文分析了当前集成微光机电系统在通信用光器件方面的研究与应用情况,展望了集成微光机电系统在未来光通信系统集成方面的前景。     

基于质量-刚度解耦的微半球谐振陀螺频差高精度修调方法

微半球谐振陀螺是最具发展潜力的高性能微机电系统(MEMS)陀螺之一,其工作时驱动、检测模态频率需要高度匹配,因此两个工作模态间的频差(频率裂解)是影响陀螺性能的关键因素.机械修调是调节频差的重要手段,其精度决定了模态匹配程度.通过飞秒激光去除质量调节模态频率是一种高效率、高精度的修调方法,但当谐振结构频差处于较小值(约100 mHz)时,观测到线性微质量去除难以进一步降低频差.本文重点针对该过程中的质量-刚度耦合现象开展研究,首先建立了微质量扰动下的质量-刚度耦合变化模型,然后通过有限元模型仿真分析了质量-刚度耦合对修调精度的影响,得到了不同直径与深度修调孔下的微量频差变化,结果揭示了修调孔直径对结构局部刚度的影响规律,以及修调孔深度对局部质量的影响规律.进一步的分析表明,当修调深度超过阈值时能够实现对质量-刚度影响的解耦,因此文中提出了基于质量-刚度解耦的高精度修调方法.最后,对该方法进行了实验验证,将微半球谐振陀螺的频差降低至7 m Hz,有效提升了微半球谐振陀螺的机械修调精度.     

纯引力轨道验证质量辐射计效应与残余气体阻尼的耦合建模及分析

纯引力轨道飞行器在精密导航、重力场测量以及基础科学研究等方面具有重要意义．内编队是用于高精度地球重力场测量的纯引力轨道飞行器,其中内卫星干扰力抑制是决定测量水平的关键因素之一．辐射计效应和残余气体阻尼都是内卫星受到的气体分子干扰力,通过分析两者的作用机理,建立了内卫星辐射计效应和残余气体阻尼的耦合模型,该模型反映了内卫星受到的实际气体分子作用力,仿真结果证明辐射计效应和残余气体阻尼的耦合值随内卫星运动速度线性增加．通过分析可知,该耦合值与腔体平均压力和内卫星最大截面积成正比,与腔体平均温度的平方根成反比．     

生物耦合功能特性及其实现模式

生物在大自然优胜劣汰的法则下, 进化出与自身生长和生存环境高度适应的功能特性. 生物通过两个或两个以上不同部分的协同作用或不同因素的耦合作用有效地实现生物的各种功能, 充分展现其对生境的最佳适应性. 本文从仿生学角度, 分析了生物耦合功能、特性及其类别, 初步揭示了生物耦合功能实现的机制与模式, 最后, 展望了生物耦合功能仿生实现的工程技术前景     

港口非线性波浪三维耦合计算模型研究

建立了外域用差分求解高阶Boussinesq方程、内域用有限元求解Laplace方程的三维非线性波浪对船作用的时域计算耦合模型.研究了该类三维耦合模型的匹配条件,耦合求解过程和内域、外域公共区域长度的确定,探讨了内域有限元网格的剖分方法.把该耦合模型的计算结果与实验结果、内域用Euler方程的耦合模型计算结果进行了对比,结果表明该耦合模型具有满意的精度,适用于模拟较大区域内波浪对三维船等固定物体的作用,为今后近海岸大区域非线性波浪对三维非规则物体作用的时域计算和三维分区计算提供了参考.     

高压耦合静电场下导电颗粒和非导电颗粒的动力学研究

采用高压静电学理论和数值分析方法,对电晕极、高压静电极与接地电极耦合产生的电场下导电颗粒和非导电颗粒的动力学行为进行了研究.分析了导电颗粒在电晕极与接地电极之间存在着的摆动现象,并推导出摆动最大振幅公式.发现在高压静电极与接地电极耦合电场中,导电颗粒存在一定的起浮电压.提出了“临界荷电转速”、“非金属颗粒脱辊转速”以及“电压与电极距比”等概念,并建立相应判据.采用计算机模拟出导体颗粒在电晕极、高压静电极与接地电极三者耦合的电场下的运动轨迹,其模拟结果与实验结果相吻合.     

微加工技术与微光机电系统的研究与应用

本文简要介绍了微光机电系统（MOEMS）中的微加工技术,主要是硅微机械加工技术和LIGA技术,并介绍了微光机电系统在信息与通讯、汽车工业、生物医学、航空航天、国防军事等领域的应用。     

准分子激光投影直刻微加工制作微机械

简要描述了新开发的准分子激光微加工装备的结构特点. 系统地研究了准分子激光直刻高分子聚合物的机制及其与微结构制作精度的关系. 并以PVC微结构原型及其复制件的制作为例，讨论了准分子激光投影直刻用于LIGA工艺的可行性.[KG*2]研究表明准分子激光投影直刻微加工技术可用于制作微机械.     

交流线路对邻近并行直流线路的电磁干扰

简述了交流线路对邻近并行直流线路的电磁干扰的原理,总结了国内外的研究近况 计算了在交流线路正常运行和单相接地故障情况下,通过感性耦合和容性耦合,在直流线路上产生的感应电压和电流 提供了拟建的满城县、定兴县、固安县、天津市境内神保线、浑霸线、津南~津北线、津北~盘山线500kV交流线路对邻近并行直流线路电磁干扰的计算结果.     

掘进机截割部刚柔耦合动力学建模与仿真研究

将大位移运动与小变形刚-柔耦合体动力学的建模理论应用于掘进机截割部的动态特性研究,利用ANSYS把截割部的截割主轴和截割套筒生成模态中性文件,导入ADAMS中建立刚柔耦合虚拟样机并进行运动学和动力学仿真,研究柔性体对截割部的影响。通过与刚性体模型仿真结果对比,揭示了工作装置中柔性体与刚性体耦合时的运动学、动力学特性。仿真结果表明柔性耦合模型更加符合实际情况。     

固体火箭发动机点火瞬间流固耦合综述

流固耦合是流体力学与固体力学交叉而产生的一门新兴力学分支,它主要研究固体在流场作用下的各种力学行为以及固体变形或运动与流场的相互作用规律．20世纪90年代,美国“大力神4”助推发动机首发试验失败后,固体火箭发动机点火过程中的流固耦合现象逐渐被研究人员所认识,并在实际应用中迅速发展．本文针对流固耦合在固体火箭发动机上的应用进行了归纳和总结,分别从点火燃气流动、药柱变形和实验研究三个方面综述了国内外的发展现状与趋势．以此为基础,初步探讨了我国开展固体发动机点火瞬间流固耦合研究的方法,为固体发动机装药设计提供了一定参考．     

输出-阈值耦合神经网络及基于此的最短路问题求解

通过建立神经元输出和与其相邻神经元阈值之间的相互耦合, 提出了一种输出-阈值耦合神经网络, 实现了对在通常脉冲耦合神经网络中所存在的自动波现象的模拟, 并基于它的自动波现象, 提出了一种用输出-阈值耦合神经网络求解最短路问题的方法, 该方法具有所需神经元数目少、神经元和网络的结构简单、大规模并行计算等特点, 可用于求解非对称赋权图单起点多终点的最短路问题, 其所需的计算量(迭代次数)仅正比于最短路的长度, 而与图的复杂程度、所存在的通路总数等无关. 最后给出了最短路求解的例子.     

考虑尺度效应的微平板声振耦合特性研究

长宽厚均处于微米级的微平板结构广泛存在于微机电系统(MEMS)中,开展其声振耦合特性研究对于MEMS在声激励下的稳定性研究以及微型声传感器的性能研究具有重要意义.针对声压激励下的四边简支微平板结构,基于Cosserat理论与Hamilton变分原理建立了考虑尺度效应的结构声振耦合理论模型,并结合流固耦合条件求解了声振耦合系统控制方程.基于理论模型开展数值计算,系统研究了尺度效应对微平板结构声振耦合性能的影响,具体讨论了不同尺度效应下板厚度、板长宽等关键系统参数对微平板声振耦合特性的影响,为MEMS中微平板结构的工程优化设计提供了理论参考.     

SRM点火瞬间流固耦合研究现状与发展探索

随着美国“大力神4”首发全尺寸静态试验发动机PQM-1的失败,固体发动机点火瞬间的流固耦合现象逐渐得到了人们的重视。本文将流固耦合研究现状分为点火燃气流动、药柱变形和实验研究三个方面,综述了国内外的发展现状与趋势。结合我国发展的实际情况,初步探讨了研究固体发动机点火瞬间流固耦合的新方法。     

降雨入渗过程中土质边坡的固-液-气三相耦合分析

边坡降雨入渗过程伴随着地下水湿润锋面的推进、孔隙气体的迁移和土体的变形,涉及土体固-液-气三相耦合作用.以往对边坡在降雨入渗条件下的非饱和渗流过程及其对边坡稳定性的影响研究大多基于单相流（Richard方程）模型或水-气两相流模型,而较少从固-液-气三相耦合角度分析孔隙气体迁移和土体变形对降雨入渗过程和稳定性变化过程的影响.本文基于连续介质力学原理和混合体理论,建立了边坡土体固-液-气三相耦合数学模型和有限元数值模拟方法.采用Liakopoulos砂柱排水实验成果验证了耦合模型和计算程序的正确性,深入分析了气体边界条件对排水过程的显著影响.在此基础上,采用固-液-气三相耦合模型,研究了土质边坡在降雨入渗过程中的地下水渗流、气体迁移以及变形和稳定性演化过程,揭示了孔隙气体迁移过程和土体变形过程对边坡湿润锋面的推进以及稳定性变化的阻滞和延缓作用.研究成果对于暴雨诱发滑坡机理与防治研究具有一定参考价值.