能消除力偏心影响的光纤测力传感器

本文介绍了一种光纤测力传感器。利用两根多模光纤束传输光信号,采用一种特殊的结构形式,能够有效地消除力偏心对传感器输出的影响。另外,还介绍了温度补偿电路,包括光源驱动也路及光信号接收电路。     

正/零表面上自由运动的黄斑蝽三维接触力测试

研究昆虫运动时其脚掌与接触面间的接触力学规律及其附着机制,可以为多足爬行机器人的设计提供理论依据。研制的微牛级应变式力传感器,用来测试昆虫无障碍运动时与接触面间的3维接触力。对黄斑蝽在地面和垂直壁面两种状态下爬行时与接触面的作用力进行测试,分析了力的作用机理。在垂直壁面状态下,昆虫向上爬行时将身体向上推进的同时,会产生防止身体倾覆的吸附力。     

面向冲床冲击力测量的单分量重载传感器

为了测量冲击载荷达150 t,冲击频率为10 Hz的冲床冲击载荷,降低产品的废品率,本文设计、制造和评估了一种新颖的单分量重载传感器,冲床安装空间限制了该传感器的结构尺寸为Φ166 mm×45 mm,该传感器为4个支撑梁和1个应变梁组成的整体式结构,可保证传感器同时具有高刚度和高灵敏度。用一台300 t万能液压机进行静态标定,标定结果表明传感器的绝对误差达到2%。最后,现场实验进一步鉴定传感器的性能。     

Casimir力对微加速度计性能的影响分析

随着微器件的尺寸日益缩小，有必要评估Casimir力对微器件性能的影响。本文以微机电系统中常见的微加速度计为对象，建模分析了Casimir力对其性能的影响。研究表明，Casimir力对微加速度计性能的影响随极板间距离的减小而迅速增大。Casimir力使得微加速度计的最大可检测加速度减小，并且随支撑粱刚度的减小，对灵敏度的影响逐渐增大。当检测电容极板间距离等于400nm时，Casimir力引起微加速度计的最大可检加速度的降幅迭5．89％。     

薄壁零件高速铣削动态切削力

通过微元铣削力与瞬时未变形切屑厚度之间的线性关系,提出了螺旋圆柱铣刀的瞬时切削力模型.在此基础上,采用两自由度弹性-阻尼系统,建立了适合薄壁零件的综合考虑刀具子系统和工件子系统动态特性的动态铣削力模型.最后通过实际测量数据与模型计算数据的对比,验证了提出的动态铣削力模型的有效性.     

CFRP铣削力建模研究

碳纤维增强复合材料(Carbon fiber reinforced polymer/plastic,CFRP)由于其不均匀性和各向异性的材料特性,在铣削加工过程中容易出现各种缺陷。铣削力建模有助于探究CFRP的铣削力变化规律、优化加工参数,进而减少缺陷的产生。本文基于多元非线性回归的方法,建立了铣削力系数关于4种影响因素(纤维切削角、瞬时未变形切屑厚度、主轴转速和轴向切深)的函数关系。经过单向CFRP铣削力实验和多向CFRP铣削力实验验证,所建模型可以较准确地预测铣削力变化规律。     

非定常气动力对飞行动力学特性影响分析

在模糊逻辑非定常气动力建模的基础上,研究了非定常气动力对飞行动力学特性的影响.首先分析了非定常气动模型与定常气动模型的差别.其次采用分支分析方法,对带定常与非定常气动模型的飞行动力学系统的陡尾旋状态平衡分支图进行计算、比较与分析.并通过仿真对结果进行验证.研究表明,在大迎角状态下,非定常气动模型与定常气动模型存在较大的差别,对飞行动力学特性将产生一定的影响,需要在大迎角控制律设计中考虑非定常气动力的影响.     

剪切气流驱动液滴运动的受力分析

实验研究了剪切流驱动的液滴在固体表面上起始运动的受力机理.工作中使用一系列液体和固体表面来获得不同的液滴接触角,并在小型风洞中进行实验.实验中对液滴的启动气流速度进行了测量,并综合各种起始时刻的参数信息,建立了一个关于液滴接触线表面张力和剪切气流拖拽力平衡的数学模型,揭示了液滴脱落时刻的受力情况.所建立的模型更适合液滴1变形情况,但对于其它类似情况的剪切气流驱动液滴运动也能够进行合理的描述.     

不同机翼优化构型的轻质F4模型气动特性实验研究

采用光固化快速成型技术(SL)加工基于气动/结构耦合分析的六套不同机翼优化构型的轻质F4模型,在0.6m跨超声速风洞完成了马赫数0.6~0.85范围内的气动力测量试验.试验结果表明,采用气动/结构耦合优化设计的代号为6#的轻质F4模型升力特性与国外结果较接近,与机翼三维变形的事实吻合,验证了采用的气动/结构耦合优化设计方法基本可行,为探索模型静气动弹性风洞试验数据修正方法提供了参考.     

基于Stewart平台的6-SS并联天平结构优化设计

良态的雅可比矩阵决定并联机构的性能，并决定了其结构参数是否合理。本文利用矩阵的F-范数研究一种新颖的并联天平力雅可比矩阵，以力雅可比矩阵的条件数为目标函数进行并联天平结构优化设计，推导出优化目标函数以5个基本结构参数表达的解析式。利用数值解法求出目标函数关于过渡变量的最小值，并用矩阵2-范数加以验证，找到8种保证并联天平精度的优化结构。该法同时也为六维力／力矩传感器的性能指标评价及其结构优化提供很好的借鉴。     

Dimensional Variation Modeling of Aircraft Compliant Part Assembly Considering Clamping Force Change

Compliant parts are widely applied to aircraft structures. Due to the ease of deformation of compliant parts in assembly,the prediction of assembly variation is especially important for assembly quality control. A dimensional variation model considering the clamping force change in assembly is proposed based on the method of influence coefficient(MIC). First,the assembly process is decomposed into several steps including positioning,clamping,joining,and spring-back. Then,the force-displacement relationship is formulated according to the varied force conditions on the parts in each assembly step. Finally,two examples are illustrated to validate the proposed assembly variation model. The results show the impact of clamping force change is significant on the assembly variation,and the proposed model can predict the assembly variation more accurately than the referred method without clamping force correction at the over-constrained locating points of fixture.     

一种穿戴型力反馈主手结构的综合尺度优化

利用连杆机构以及超声制动器,设计了一种穿戴型具有力反馈功能的主手单指结构并进行了综合尺度优化,优化过程综合考虑了主手机构的运动范围和动力学反向驱动能力.在建立人手食指和主手单指运动学方程的基础上,提出了基于工作空间最小包容原则的主手单指的结构参数优化目标函数,结果显示操作者食指与所佩戴主手单指的工作空间可实现较好匹配.采用拉格朗日法建立了主手单指机构的动力学模型,并以力椭圆为衡量指标对主手单指机构进行了反向驱动能力的分析.最后,给出了有效的修正依据,提高了主手单指机构的反向驱动能力.     

线状多体系统定常气动力节段模型风洞测试

在风—车—桥耦合振动分析及具有独立式双层桥面的大跨桥梁风致振动分析中常需得到考虑相互气动影响的各构件的三分力系数。为进行线状多体系统定常气动力测试,在常规桥梁节段模型三分力测试装置的基础上研制了一种三分力分离装置———交叉滑槽系统。该系统利用环形滑槽和直线滑槽交叉点位置的变化来调整各测试构件间的相对几何关系,并能实现多构件的同轴转动,从而方便地进行不同迎角情况下的气动力的测试。最后,利用交叉滑槽系统对一具有双层桥面的钢管混凝土系杆拱桥在其上有车及无车情况下各构件的定常气动力进行了测试,试验结果表明:车辆的存在对上、下桥面的气动力有较明显的影响。     

一种金属结构裂纹监测的薄膜传感器设计

针对金属结构服役过程中裂纹实时监测的需求,设计了一种基于电位法原理的裂纹监测薄膜传感器。首先,建立了该薄膜传感器的有限元模型并对传感器输出特性进行了仿真分析。仿真结果表明:通过分析各监测点之间的电位差变化可以判断裂纹扩展方向和长度。其次,应用离子镀技术在铝合金中心孔试件表面制备了薄膜传感器,薄膜传感器与基体表面结合良好。最后,进行了基于薄膜传感器的裂纹监测试验。实验结果表明:通过分析相邻两次监测数据的变化程度可以判断裂纹所处的扩展阶段。     

3-DOF转动柔索驱动风洞机构的力雅可比矩阵

简要概述了柔索牵引并联机器人在国内外的研究和发展现状,提出一种新颖的基于5根柔索牵引并联机器人的三自由度转动角度机构及测力一体化风洞试验装置。应用并联机构基本理论研究了机构的运动学逆解。依据空间解析几何理论,直接推导出在各柔索安装单分量力传感器时模型的感、测力变换雅可比矩阵。最后给出了数值算例,验证了该装置应用于风洞测力试验的有效性,为该测力装置应用于风洞试验奠定了基础。     

Design and Study of Virtual Interventional Surgical System with Force Feedback

A virtual interventional surgical system with force feedback is designed to provide practice before complicated interventional operation and assistance during operation. The collision detection,vessel deformation calculating and virtual force computing of the virtual system are implemented by using skeleton-spring model as the physical modeling foundation,which is based on the mass-spring model and easy to construct with high computing efficiency. In order to increase the real-time performance,the central plane of the vessel model is extracted and then simplified to complete the skeleton filling. The initiative bending kinematics of the virtual catheter is analyzed so as to provide the virtual system with higher fidelity. The experimental results show that the virtual system can well simulate the vessel deformation and force feedback within an interventional surgery,which gives the virtual system better immersion.     

飞机燃油系统油量计算与误差分析

以飞机油箱满载状态下的油液实体为研究对象,将油液实体模型沿着高度方向进行“剖分”,找到实体模型每一剖分面上的面积中心点。提出了利用每一剖分面上的面积中心点来自动寻找和优化油量传感器的最佳敷设位置的方法,并给出了传感器浸液长度与剩余油液体积之间的对应关系,提出并实现了飞行姿态导致的油量读数误差的分析方法。文中方法已形成了一个自动的分析软件模块并无缝集成于商用UG/II软件,可以快速准确地为飞机油量传感器的设计和敷设提供依据。文中包含某型号教练机的油量计算与姿态误差分析实例。     

基于神经网络技术实现磁流变阻尼器对结构振动的优化控制(英文)

磁流变 ( MR)阻尼器是土木结构振动控制领域最有应用前景的半主动控制装置之一 ,但由于 MR阻尼器的高度非线性动特性 ,使得描述其逆向动特性的数学模型很难得到 ,即根据理想的阻尼力确定出 MR阻尼器所需的输入电压。然而 ,对基于 MR阻尼器的结构振动控制设计和仿真 ,这种反映阻尼力 -电压关系的逆向动特性模型是十分重要的。为此 ,本项研究针对 MR阻尼器的非线性特性 ,提出运用神经网络技术建立 MR阻尼器的神经网络模型来模拟其逆向动特性 ,神经网络模型的输出即为产生理想的阻尼力所需的输入电压。通过数值仿真结果探讨所提出的结构振动控制策略的适用性和有效性     

PCD刀具高速铣削TA15钛合金切削力的研究

通过利用回归正交设计和单因素试验设计方案,进行了PCD刀具高速铣削钛合金TA15的切削力试验.对高速加工过程中的动态铣削力进行了频谱分析,分析了高频振动对切刺力波形的影响.然后利用单因素试验分析了工件坐标系中三向分力以及刀具坐标系中切向分力随切削用量的变化规律.通过回归正交设计,建立了PCD刀具高速铣削钦合金时切削用量与动态切削力之间的数学模型,并进行了方差分析,验证了模型的可靠度.分析结果为PCD刀具高速铣削钛合全的工艺参数优化及建立高速铣削数据库奠定了基础.     

基于SINS/GPS/CNS的机载综合导航系统故障诊断方法研究

传感器是导航系统中的重要部件,传感器故障容错性的分散化滤波,对提高系统的可靠性具有重要意义.以SINS/GPS/CNS组成的组合导航系统为研究对象,采用联邦滤波和方差交叉滤波相结合的方法,实现了对传感器故障具有容错性的分散化滤波,对导航系统的精度和容错性进行分析.仿真结果表明,将分散化滤波方法用于多个传感器组成的组合导航系统,不但具有精度高的特点,而且由于具有信息的冗余,整个系统具有较好的容错能力,可以提供更加完善、精确地反映运载体运动的导航信息.