声表面波器件用压电陶瓷材料

在阐述声表面波技术后,介绍了声表面波器件用的压电陶瓷材料的种类、基本性能和特点.对压电陶瓷材料的使用要求有:有适合制造叉指电极的良好表面;声表面波传输衰减要小;有很高的机电耦合系数;温度特性好;一致性、重现性好.在与压电晶体作对比的基础上,分析了压电陶瓷材料的主要优缺点.设计性能良好的声表面波器件,主要取决于叉指电极设计、压电材料和工艺加工的好坏.最后着重叙述钨锂酸铟声表面波压电材料的特点和研制过程.     

初应力对LiNbO3基底声表面波波速的影响

根据偏场方法求解了在均匀初应力作用下半无限大LiNbO3介质中波的传播特性.基于非线性电弹性理论获得了叠加于有限场上的小增量场的线性波动方程.根据Neumann原则和坐标变换法给出了三阶材料常数独立变量,并应用压电介质本构关系获得了初始应力作用下的初始应变和电场.将材料常数、初始应力、应变和电场带入建立的波动方程中用分波解法求解了相速度获得了初始应力T011,T022,T033和相速度的关系,并对比了应用初应力理论获得的初应力和相速度的关系.由此得出:初始应力对相速度有明显的影响,且相速度随着T011,T022,T033的变化趋势不同;应用初应力理论,即不考虑偏场方法中的三阶材料常数和初应力引起的其他偏场,获得的相速度随初应力的变化明显和偏场方法不同,也即不能忽略三阶材料常数和初应力引起的其他偏场.     

ZrB_2基超高温陶瓷热冲击模拟及失效分析

ZrB_2基超高温陶瓷作为热防护材料,在应用过程中必然受到热荷载的冲击作用。基于动态热弹性方程,分别对冷却与加热条件下ZrB_2基超高温陶瓷热冲击行为进行数值模拟,并考虑惯性项与耦合项对材料热冲击性能的影响,讨论了表面换热系数对最大应力及临界时间的影响规律。同时采用热断裂理论作为失效准则,提出预测该材料表面换热系数的方法,为ZrB_2基超高温陶瓷的热防护应用提供依据。     

基于ANSYS的1-3型压电纤维复合材料结构优化

采用有限元方法,对1-3型压电纤维复合材料macro-fiber composites(MFC)建立微机电模型,讨论了交叉指形电极关键尺寸、两相结构尺寸对驱动性能的影响。结果表明:分支电极中心距p一定时,取较大的分支电极宽度w可得到较大的自由应变和夹持应力;当分支电极宽度w不变时,随p/w的增加,自由应变增加而夹持应力减小;采用交叉指形电极结构可使1-3型压电纤维复合材料具有较高的横观各向异性,横向效应系数可提高2.3倍。较小的聚合物层厚度a、纤维截面尺寸c有助于提高压电纤维复合材料的驱动性能,较小的纤维间聚合物宽度b有助于提高压电纤维复合材料的自由应变,而同时夹持应力则相应降低。     

压电桁架结构动力学建模与振动控制

考虑叠层压电陶瓷主动杆件的机电耦合效应，建立了压电桁架结构机电耦合有限元动力学模型，给出结构系统检测方程，并分析其动态特性，除位移模态外，得到了系统电势模态。采用独立模态空间控制方法对结构振动进行控制，并进行压电主动杆件的多目标最优配置，除控制能量最小化外，对非控模态的控制溢出和观测溢出最小化是另外两个优化配置目标函数，算例表明分析方法的有效性和可行性。     

星载大型反射面天线主动振动抑制建模分析方法

为研究抑制星载大型反射面天线的在轨振动,文章给出一种基于压电材料的天线臂主动振动抑制建模分析方法。该方法基于整星刚柔耦合动力学模型,通过将压电材料的应力等价为内力矩,应变等价为位移差分,获得卫星动力学、振动抑制与姿态控制的解析式耦合计算模型,进而预测振动抑制后的天线振动传递特性和响应。以某带大型反射面天线的卫星为例,分别从压电材料布局和计算边界条件角度给出主动振动抑制的时域、频域分析结果,并进行对比。分析结果表明:文章所提出的方法能够实现压电材料在天线臂上的布局优化以及获知天线臂主动振动抑制效果。     

压电悬臂梁双晶片串联结构的修正模型研究

本文针对传统的压电悬臂梁参数模型的压电耦合弊端,提出了修正后的压电悬臂梁双晶片串联结构模型,引入修正因子,并给出了相应的机电耦合解析解。将传统的压电悬臂梁集总参数模型和修正后的压电悬臂梁双晶片串联结构模型进行仿真对比和实验测试,仿真结果显示:是否考虑末端质量对压电悬臂梁的压电能量采集的各项参数都有很大影响。实验测试显示:传统的集总参数模型误差值大,压电悬臂梁双晶片串联结构修正模型精度高,与实验数据误差小。     

使用前景广阔的聚二氟乙烯压电传感电缆

聚二氟乙烯是高分子有机压电材料,己用于制作压电层较厚的同轴电缆。作为敏感元件,它能把声音、振动、冲击、压力、应力、应变转换为电信号。为使材料具有压电特性,应作取向和极化处理。然后作成电缆,制成各种传感器。文中给出了传感器的性能、老化试验结果及它的具体应用。研究表明,这种电缆具有很大的应用潜力。     

航天产品活动多余物的检测

弹、箭、星上的仪器，被装卡在转动装置上，按技术要求，设置检验程序。启动转动装置，活动多余物在仪器中位移过程是滑动与撞击的一个随机组合过程，在这个过程中仪器壁中将传播应力弹性波和声波，即为“位移信号”。压电换能器拾取位移信号，经前置放大器放大后，由检测主机采集、处理和显示等。根据位移信号振荡频率、衰减速率、区域分布等波形特点，识别与判定多余物位移信号与噪声信号，从而达到检测目的。装置已在十个厂所应用     

脉冲风洞单分量应力波天平测力技术

针对脉冲风洞强振动、极短有效试验时间的测试环境,提出一种采用压电材料作为敏感元件,尾端具有反射应力波耗散能力的单分量应力波天平结构。详细介绍了天平的运行原理,结构设计公式,内悬挂保护罩结构,以及校准方法,最后以半球为模型,在CARDC Φ 0.6米激波风洞上进行了验证实验。实验结果验证了该技术的可行性。     

基于微观图像及内聚力模型的复合材料裂纹扩展模拟

为研究材料微观结构及晶界强度对材料力学性能的影响,在晶界处引入内聚力单元模型,模拟晶间破坏过程。以ZrB_2-SiC复合材料为研究对象,将其扫描的微观结构图片进行矢量化处理,并导入ABAQUS有限元软件中建立模型,同时在其晶界处,设置内聚力单元模拟晶界破坏过程。通过改变Zr B2与Si C相界面强度,得到了晶界及材料不均匀对材料应力分布及裂纹扩展的影响。结果表明,由于晶界的存在,材料内部出现应力分布不均匀现象并产生应力集中。随着晶界强度的改变,裂纹起始位置及扩展方向发生改变,且裂纹沿低强度的界面进行扩展。随着ZrB_2-SiC界面强度增大,材料的强度提高,拉伸模量不变。     

模块化航天机电伺服系统多学科集成设计与优化

针对航天伺服系统现有设计过程中因设计参数耦合因素考虑不全导致系统性能难以进一步提高的问题,提出了一套模块化航天机电伺服系统多学科集成设计与优化方法。从产品层、部件层和零件层对系统进行了模块化划分,给出了模块化设计流程及V字数据传递路线,以具体工程实例验证了模块化集成设计与优化方法的高效性及提升航天伺服系统总体设计水平的可行性。     

功能梯度材料悬臂梁受复杂载荷作用的分层剪切理论

本文采用分层剪切变形理论对功能梯度材料层梁进行了分析，对立了功能梯度材料悬臂梁模型。取材料为非均质性，材料弹性系数随梯度变化，应用边界条件，层间连续条件，得出梁结构的变形与应力。结果表明，存在优化的梯度因子使得悬臂梁具有最佳的承载能力，载荷分布对结构应力场温度场有效大的影响。     

压电层合板壳的数值分析与控制仿真

从虚功方程出发,推导出具有压电传感器和驱动器的层合板壳的机电耦合动力方程,建立了新的压电固体单元以模拟压电层合结构的力学特性和振动控制。通过引入EAS模式,代替通常采用的增加非协调函数的办法克服模拟薄板时所遇到的过高剪切应变能的缺陷,从而明显减少了内部变量的个数,提高了计算效率;进而在厚度方向上增加一个线性分布的横向应变,克服了用于壳体结构的分析时所遇到的厚度自锁问题;提出了一个新的电势插值函数,大大减少了电自由度的个数,显著降低了数据读取、存储和凝聚电自由度的计算花费。数值算例表明,推导的单元适用于薄壳结构的数值分析,并具有很好的对歪斜网格的适应性。     

带轴对称台阶的圆锥高超声速边界层转捩试验

在Ma 6风洞内,通过高频脉动压力测试技术和基于纳米粒子示踪的平面激光散射(NPLS)技术,分别对带前向、后向轴对称台阶的圆锥高超声速边界层转捩进行了试验研究。采用功率谱密度分析和互相关计算等方法对脉动压力数据进行分析,得到了边界层中扰动波的发展规律,定量分析了第二模态波的相关参数。结果显示：两种模型中第二模态波在沿流向向下游发展的过程中,其幅值均先增大再衰减、特征频率均逐渐减小;特征频率和传播速度整体上均随雷诺数的增大而增加(后台阶模型中特征频率由100 kHz增至196 kHz,前台阶中则由 97 kHz 增至174 kHz)、波长变化规律则与之相反(后台阶中由6.35 mm降至4.54 mm,前台阶由7.35 mm降至 4.66 mm );后台阶模型中第二模态波初次出现位置比前台阶中更靠近上游,边界层转捩位置较前台阶前移。将NPLS结果与高频脉动压力测试结果进行对比,两者吻合较好。     

降低电磁波在再入等离子体中衰减的仿真分析

对电磁波在再入等离子体中的衰减特性进行了分析。在不减少辐射口面处等离子体电 子总数的条件下,提出一种极化方向电子密度周期变化分布降低电磁波衰减的方法。对于电 子密度均匀分布与再入过程中实际分布的等离子体模型,采用发射与接收天线,对电磁波在 等离子体中的传播特性进行仿真。得到了电子密度均匀分布与周期变化时的电场分布图,分 别计算了电子密度均匀分布与实际分布时的电磁波衰减,对原分布与周期变化分布时产生的 电磁波衰减进行比较。仿真结果表明,极化方向电子密度的周期变化,可有效改善电磁波的 传播特性,使电磁波衰减降低。
     

The Influence of artificial plasma irregularities on the propagation of VLF waves in the Earth’s magnetosphere

In the framework of the approximation of geometric optics, the peculiarities of VLF-wave propagation in the Earth’s ionosphere and magnetosphere during the creation of large-scale artificial plasma irregularities by heating facilities such as HAARP and “Sura” in the ionosphere are studied. For calculation of ray trajectories, the profile of the concentration and ion composition of plasma is taken by calculating the SAMI2 ionospheric model, which was modified to take the influence on the ionosphere of the HF emissions of heating facilities into account. As a result of the influence of the heating facilities on the ionosphere, a region could occur with an increased plasma concentration that is stretched out along the geomagnetic field (up to heights on the order of the Earth’s radius) with small dimensions across the field (～1°). The ray trajectories of waves that propagate from heights of about 100 km from different initial points in the region where such a disturbance has been created with different initial inclination angles of the wave normal are studied in this paper. Both lightning discharges and modulated HF heating of the ionosphere could be the sources of such waves. It is shown on the basis of the performed analysis that the presence of such disturbances in density can lead to a substantial changes in wave-propagation trajectories, in particular, to efficient channeling of VLF waves in the disturbance region and an increase in the interval of the initial propagation angles of waves, which can reach the ionosphere in the opposite hemisphere.     

基于应变量耦合的低成本Ti-Al-V-Fe合金本构关系

为了获取新型低成本Ti-Al-V-Fe合金热成形工艺窗口,研究了热加工参数为变形温度875~1100℃、应变速率0.001~1 s^-1、变形量70%的低成本Ti-Al-V-Fe合金热变形行为。结果表明:流变应力与变形温度成反比,与应变速率成正比,合金为典型负温度、正应变敏感材料。以热模拟实验数据为依据,运用多元线性回归方法,确定了材料常数与应变的函数关系,建立了基于应变量耦合的α+β两相区及β单相区Arrhennius本构方程,其耦合系数为0.98,表明建立的模型在给定任意应变量时可准确预测流变应力。根据热激活能,判别合金在不同相区软化机制,单相区为动态回复,两相区为动态再结晶。     

碳酚醛-铝板中二维X射线热击波数值模拟

文章利用平面应变正交各向异性材料率相关性的弹塑性本构模型和各向同性材料理想弹塑性本构模型,采用有限元方法编写程序,对X射线辐照碳酚醛-铝板时诱导的热击波进行数值模拟,讨论了热击波的传播规律。结果表明,在1 keV的 X射线辐照下,X射线穿透极浅,材料表面发生气化现象,应力峰值较大;在3 keV的X射线辐照下,X射线穿透较深,热击波呈现双波结构,材料的层裂更明显。