变分原理在有限变形压电热弹性体中的应用

为了对有限变形压电热弹性动力学基本方程进行有限元数值计算,首先建立相关的分区变分原理和广义分区变分原理.在考虑到有限变形弹性体的热力学效应和压电效应后,将弹性体动力学分区变分原理推广到有限变形压电热弹性体,建立了3类变量的有限变形压电热弹性动力学分区变分原理.在有限变形压电热弹性动力学分区变分原理中进一步引入拉格朗日乘子并加以识别的方法,得到了6类变量的有限变形压电热弹性动力学分区广义变分原理.     

内置压电臂流致振动能量收集研究

为了减少压电臂在水中的阻尼以及绝缘和腐蚀等问题,本文提出一种内置悬臂梁的水下压电能量收集装置。首先对带有质量块的压电臂进行了自由振动衰减实验,确定压电臂的固有频率、阻尼比以及机电耦合系数,得到了压电臂固有频率与阻尼比随负载电阻变化的规律。之后在水槽中进行了流致振动能量收集实验,通过调节流速大小,在同一流速下更换不同阻值负载,得到输出电压及功率随流速及电阻的变化规律。结果表明输出电压随着负载电阻的增大而增大,在某一流速下会产生锁频现象,使得输出电压及功率最大。数据分析得到各电阻的最大功率出现在U=0.816 m·s~(-1)处,系统的最大功率出现在电阻值为680 kΩ时。     

数据科学范式下的钙钛矿结构铁电新材料研究

 材料基因组计划倡导预测式新材料研发理念，推进高通量数据生产和利用技术，关注材料全生命周期价值。因此，材料基因组计划的执行需要在材料科学系统工程的框架下，集成统一计算、实验和理论等研究方法，以数据科学新范式为牵引、协同运用实验观测、理论建模和计算仿真研究范式，最终建立相关材料体系的性能与材料基因（原子系统的组成与结构）、工艺参数与使役条件之间的量化关系和数据库，实现新材料的按需设计和应用。本文在简单探讨科学研究范式、材料基因组计划和材料科学系统工程基本概念和方法的基础上，以钙钛矿结构氧化物铁电压电材料研究为例，探讨了数据科学范式下的新材料研究实践。结果表明，数据挖掘驱动的新材料设计确实可以降低探索时间和实验任务，加快新材料的发现和应用进程。     

环形微机电陀螺本征轴向的推算方法

环形微机电陀螺的敏感结构误差会导致工作模态频率分裂和振动轴向偏转,是影响性能的主要因素之一。质量分布误差中影响最大的是4次谐波分量。为了确定这种缺陷所在的角度,理论分析了环结构在不同角度的检测电极处的频率响应特性,提出了一种通过频率响应参数计算环形结构工作模态本征轴向的方法。为了检验该方法的准确度,采用有限元方法对具有结构缺陷的环结构进行了谐响应分析,结果表明该方法确定的本征轴向相对误差约为2%。     

烧结温度对CaBi2Nb2O9超高温压电陶瓷结构及性能影响

采用传统固相合成法制备了铋层状结构CaBi2Nb2O9压电陶瓷,研究了烧结温度对样品相结构、微观形貌、密度和介电、铁电性能的影响。采用X射线衍射衍射仪、电子扫描电镜、拉曼光谱、介电温谱以及电滞回线对制备陶瓷样品进行表征分析和性能测试。结果表明:所有陶瓷样品的相组成均为纯铋层状结构,晶粒呈棒状,各向异性明显,随着烧结温度的升高,晶粒逐渐长大,陶瓷密度先变大后变小。固相法制备的CaBi2Nb2O9压电陶瓷的最佳烧结温度为1 150℃,介电温谱显示CaBi2Nb2O9陶瓷的居里温度为 943 ℃。     

一种基于DAVAR的FOG随机信号处理新方法

为定量描述光纤陀螺(FOG)测试信号中各误差分量的动态变化过程,分析了多个随机信号处理方法的优缺点,指出了常用Allan方差分析不能辨识FOG信号非平稳性因素的不足,提出采用动态Allan方差(DAVAR)对FOG信号动态特性进行分析,采用二维表示法定量描述FOG各主要噪声项变化过程。实验结果表明,DAVAR能够反映FOG数据的非平稳特性;利用二维表示的方法,可准确地反映动态误差中各噪声项的变化特征。新的方法可作为FOG信号非平稳性分析的一种定量评价工具,为研究各干扰因素对FOG组成系统精度的影响提供理论参考和评价依据。     

应用哈密顿原理推导拉格朗日陀螺的运动微分方程

本文采用哈密顿变分原理和正则变换来推导拉格朗日陀螺的运动微分方程,并对天文地球动力学中的日、月岁差(周期为25800年)和章动(周期为18.6年)进行了简单介绍.研究拉格朗日陀螺的运动对解决更为复杂的力学问题具有参考价值.     

六维力压电天平研制与静态性能测试研究

风洞天平是空气动力学试验的重要测力装置,针对压电天平动态响应速度快、跟随特性好、结构简单、量程范围大的特点,研制了一种可应用于风洞试验中动态气动荷载测量的压电天平.对压电天平的静态校准方法进行了研究,推导出其校准公式.在风洞天平校准台上,完成了压电天平的静态单分量校准与复合加载试验,得到压电天平的标定矩阵,压电天平的非线性误差和重复性误差分别为0.06%、0.19%,最大向间干扰1.94%.对试验结果进行误差分析,给出了压电天平测试系统的不确定度.试验结果表明:压电天平主要性能指标良好,满足测试精度要求.     

基于惯性测量单元旋转的陀螺漂移估计和补偿方法

陀螺仪的漂移误差是影响惯性导航系统的姿态测量精度的重要因素。常用的陀螺漂移估计及航向角误差修正方法需要用磁强计或GPS等外部传感器的辅助数据来实现,存在室内、磁干扰等环境下应用受限的问题。对此该文提出了惯性测量单元旋转的改进方法。该方法在测量过程中对陀螺仪施加独立于物体运动的特定旋转,通过旋转前后不同姿态下陀螺仪和加速度计输出的倾角数值,得到惯性测量单元漂移估计。实验表明,该估计算法可有效地提高航向角的测量精度。     

含裂纹的功能梯度压电带反平面动态冲击问题研究

研究功能梯度压电带的反平面动态裂纹问题.假设功能梯度压电材料的材料性质沿其厚度方向按指数函数变化,考虑在非渗透型边界条件下,运用Laplace和Fourier变换,将混合边值问题转化为Laplace变换频域里的奇异积分方程,然后利用Laplace逆变换的数值方法求出动态应力强度因子和电位移强度因子.讨论载荷耦合参数、材料分布形式和裂纹位置等因素对断裂行为的影响.数值计算结果对压电材料的设计及应用有参考价值.