具有气敏涂层的GMF静态磁机耦合模型及实验研究

为实现超磁致伸缩薄膜(GMF)在微气体传感器领域的应用,需要研究其在气敏涂层条件下的磁致伸缩特性.以几何非线性弹性理论为基础,将磁致伸缩效应等效为GMF上体积力作用下的变形效应,建立了具有气敏涂层的悬臂梁式结构双层GMF低磁场下静态磁机耦合模型,解析了GMF悬臂梁末端的磁场与位移的数学关联.通过对双层薄膜TbDyFe/PI/SmFe和TbDyFe/Cu/SmFe进行试验,验证了磁场与位移数学关联的正确性.结果表明,曲线模型有较好的预测性,具有气敏涂层的GMF表现出更好的磁致伸缩效应.     

一维超磁致伸缩材料杆件的几何非线性研究

一维超磁致伸缩材料杆件的几何非线性问题,在数学上属于非线性偏微分方程,对其求解一般只能借助数值方法.考虑了一维超磁致伸缩材料杆件的几何二次非线性,列出其在磁场中振动的位移微分方程——非线性振动方程,对其采用差分法离散后再运用精细积分算法的思想对方程进行求解.     

磁控溅射SmFe2 GMF的工艺及膜性能研究

采用正交试验方法研究了磁控溅射的工艺因素:溅射功率、溅射气压、基片到靶材的距离等对SmFe2超磁致伸缩薄膜制备的影响;用SEM能谱仪研究了获得的SmFe2薄膜的成分;用小角度X射线掠射法研究了获得的SmFe2薄膜的结构;得到了磁控溅射制备SmFe2薄膜的优选工艺条件;并测量了该工艺条件下SmFe2GMF的磁致伸缩系数λ.     

超磁致伸缩换能器几何非线性特性分析

针对超磁致伸缩材料存在的换能器碟簧非线性刚度特性,建立了具有碟簧刚度的平方和立方非线性特性的超磁致伸缩换能器复合非线性数学模型.应用多尺度法得到了超磁致伸缩换能器几何非线性振动系统响应的解析解和频响特性表达式.计算了其有无切削力两种情况下的数值解和解析解,并分析比较了其数值解和解析解的时域波形,同时得出了实际磁性参数下的频响关系曲线,分析了外界激励f值、压磁系数d33和磁导率μ3T3对频响关系式的影响.结果表明:数值解和解析解的时域波形基本一致,满足实际要求.外界激励f值、压磁系数d33和磁导率μ3T3对超磁致伸缩换能器的频响特性有明显影响,并且是研究换能器非线性刚度特性必须考虑的.     

超磁致伸缩执行器驱动磁场理论分析与实验研究

在分析超磁致伸缩材料的驱动原理和超磁致伸缩执行器结构的基础上,重点对执行器内部的驱动磁场进行了理论分析和实验研究,得出了超磁致伸缩执行器驱动电流与超磁致伸缩棒的驱动磁场之间存在一定的非线性和滞回的结论。并分析了其产生原因,为进一步提高超磁致伸缩搪行器的性能奠定了基础。     

超磁致伸缩力传感器及其实验研究

基于磁致伸缩逆效应原理,以超磁致伸缩棒为敏感元件研究了一种具有高灵敏度的新型超磁致伸缩力传感器,通过集成在结构内部的霍尔传感器测量磁通密度来实现静态力的测量.同时,为了提高传感器的测量灵敏度,提出了一种安装在霍尔传感器周围的不锈钢钢环的特殊结构.给出了超磁致伸缩力传感器的测量原理和设计过程,并通过实验研究确定了偏置磁场、预紧力和超磁致伸缩棒的尺寸等因素对传感器输出特性的影响规律,分别得到了传感器工作的最佳偏置磁场和预紧力,为超磁致伸缩力传感器的深入研究和精确控制提供了一种技术途径.     

超磁致伸缩换能器的非线性特性

建立了超磁致伸缩换能器的等效动力学模型,应用Green函数得到了换能器的固有频率值,导出了超磁致伸缩换能器非线性振动响应的近似解析式·通过数值模拟,发现了超磁致伸缩换能器振动系统具有复杂的分叉和混沌行为·     

有初始几何缺陷的压力容器非线性应变几何的研究

通过引入虚设应变的概念，导出了具有原始缺陷的连续体的非线性应变几何关系，在此基础上引入薄壳理论的基本假定，导出了有初始几何缺陷的压力容器结构的非线性应变位移关系，为有初始几何缺陷的容器结构的非线性问题的研究提供了理论基础。     

超磁致伸缩材料换能器的实验研究

采用超磁致伸缩材料 Terfenol—D 作为换能器中制动元件,将在一定预压应力下处于阶跃段的磁致伸缩棒简化为磁场强度与磁致伸缩应变的单输入单输出的线性系统。以静态试验数据为基础,建立等效的动态磁致伸缩模型,对自行设计的超磁致伸缩大功率换能器进行了试验研究,该装置具有功率大、适用频带宽、峰值尖锐余振小等特点,为实际开发换能器产品提供了设计依据。     

强电场和机械荷载联合作用下轴对称压电层合圆板的非线性变形

本文研究可移简支及夹支边界条件下,轴对称压电层合圆板在强电场和机械荷载联合作用下的非线性变形,考虑电致伸缩的非线性压电效应及几何非线性,导出轴对称压电层合圆板的von Karman方程,利用幂级数法求解,得到强电场和均布载荷作用下的挠度、轴力及轴向位移的解析表达式,通过对双压电晶片执行器的数值计算及分析,得到线性与非线性模型之间的差别和适用范围。     

超磁致伸缩薄膜悬臂梁静力学分析

静力学特性是超磁致伸缩薄膜(giant magnetostrictive thin film,GMF)的重要特性,对其进行准确的分析是应用GMF的基础.结合材料力学的相关理论,求解了不同尺寸、不同基底材料GMF双层悬臂梁的中性轴和等效惯性矩;将双层GMF悬臂梁的磁致伸缩作用等效为分布弯矩作用,建立了静态磁致伸缩过程中薄膜悬臂梁的挠曲线方程.采用悬臂梁式GMF进行变形特性的实验研究,证实了挠曲线方程的正确性,同时表明磁致伸缩过程中薄膜的磁学量与力学量呈一定的线性关系,为动态磁致伸缩效应的进一步分析研究奠定了理论基础.     

超磁致伸缩作动器的磁路优化设计与有限元分析

超磁致伸缩作动器(giant magnetostrictive actuator,简称GMA)是一种新型的振动控制驱动器件,但由于其内部磁路复杂,GMA内部磁路中磁感应强度的大小和均匀性会严重影响作动器的工作性能。为解决上述问题,基于静态条件下线性磁致伸缩理论和电磁学原理,采用有限元软件ANSYS对GMA建立有限元模型,系统性地研究了激励线圈、导磁体和导磁内壁所用材料的参数等对磁感应强度的影响。同时,提出以GMM棒中减小磁漏、增大磁感应强度和提高磁感应强度的均匀性为设计原则,将超磁致伸缩棒轴向中心线处磁感应强度的大小和均匀度作为评价标准。对开闭磁路、激励线圈的轴向长度、材料的磁导率、空气间隙和导磁体的半径等参数进行优化设计。研究结果表明,当采用闭合磁路时,磁感应强度的大小和均匀度均得到了很大的提高;并通过磁路优化后,磁感应强的大小增大了0.1 T,均匀度提升了10.27%。     

掺杂与涂膜纳米TiO2光催化性能的研究

分别对掺杂纳米TiO2和分子筛负载纳米TiO2的光催化性能进行了对比研究，并对负载纳米TiO2进行了SEM检测。通过正交实验设计对其降解甲基橙溶液作了进一步研究，找出其最佳处理条件为：催化剂用量7．5g／L；光照时间1．5h；pH＝3。     

超磁机器鱼游动数值模拟及其控制

针对管道中微小型机器人的研究和开发,提出一种利用外磁场驱动起小型机器鱼的研究方法.采用合金薄板模拟鱼尾骨架,贴在该薄板的超磁致伸缩材料模拟鱼体肌肉,建立了该问题的力学模型.通过研究机器鱼的游动机理,设计了一种机器鱼的超磁动力驱动器(GMMA).利用调整外界磁场频率,实现神经模拟以控制鱼尾摆动,即机器鱼的游动.结果表明,鱼尾摆动平均驱动力的大小取决于鱼尾的材料参数、几何参数和外磁场频率.特别是当外磁场频率接近系统固有频率时,该驱动力相对较大,该结论可作为鱼尾设计和控制的主要思路和依据.     

一种简便方法制备ZnO薄膜及其特性研究

该文介绍了一种制备ZnO薄膜的简便方法:先在真空中蒸发沉淀Zn薄膜,再在空气中进行加热退火处理,使薄膜结晶变成ZnO薄膜。薄膜的X射线衍射谱(XRD)表明使用上述方法得到的是结晶良好的ZnO薄膜,对薄膜的发光特性研究表明,薄膜的光致发光谱(PL)与薄膜的制备条件密切相关。同时还系统研究了薄膜的PL谱与退火温度、退火时间和通气与否的关系,对实验结果给出了初步的解释。     

SiC薄膜的制备及其光敏特性

采用热丝化学气相沉积(HFCVD)方法,以甲烷、硅烷和氢气为反应气体在单晶硅衬底上沉积碳化硅(SiC)薄膜材料.通过X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)对SiC薄膜的晶体结构进行测试分析.利用原子力显微镜(AFM)对SiC薄膜的表面形貌进行分析.对该薄膜在室温和较高温度(410℃)下进行光敏特性测试,结果表明:该薄膜为SiC薄膜且对不同波长、不同功率的光有一定的敏感特性,较高温度下其敏感特性和室温下测试的结果大体一致,在高温光敏器件领域具有很大的应用潜力.