MEMS微惯性姿态系统的环境适应性优化设计技术

分析了MEMS微惯性姿态系统温度及载体运动等环境因素对MEMS惯性传感器的影响和姿态系统的关键技术;针对MEMS惯性器件的热环境优化,建立了基于有限元分析方法的热分析模型,仿真分析了散热设计方案,基于微惯性姿态系统样机,试验验证了散热设计的有效性;针对MEMS惯性传感器误差的强非线性特性,建立了全温范围分段线性误差补偿模型,改进了误差标定方法,有效提高了MEMS惯性器件的精度;分析了微惯性姿态组合算法的适用性条件,优化设计了基于载体飞行状态的微惯性姿态系统姿态滤波的约束条件。转台试验和飞行试验充分验证了环境适应性优化设计方法和结果的有效性,全程飞行条件下姿态误差优于2.5°,稳定飞行阶段姿态误差优于1°,该系统可满足姿态备份和微小型无人飞行器的应用需求。     

一种基于区间解析冗余关系的故障诊断方法

在基于解析冗余关系的故障诊断应用中,系统不确定性方法会造成漏诊和误诊。本文在传统键合图线性差分变化技术（Bond graph-linear fractional transformation technique,BG-LFT）中引入区间分析理论,提出一种基于区间解析冗余关系的故障诊断方法。该方法在基于键合图的解析冗余关系故障诊断方法的基础上,首先结合BG-LFT和区间分析理论对参数不确定性和测量不确定性进行统一建模。然后,将键合图模型扩展为不确定性键合图模型,并推导区间解析冗余关系。最后,利用区间数学运算方法计算区间解析冗余关系,得到诊断阈值。将该方法应用于电动静液作动器参数型故障及传感器故障的故障诊断中。结果表明,与单纯使用BG-LFT相比,本文方法能更有效获取电静液作动器故障诊断依据,避免系统不确定性对诊断结果的干扰。     

表面微纳结构对气-水界面稳定性和流动减阻的影响

利用压力-流量测量和流动显示方法研究了6种具有不同微纳结构尺寸的超疏水表面的减阻效果以及表面微结构形状对气-水界面稳定性的影响。实验结果表明:设计的各种超疏水表面在层流和湍流下均具有一定的减阻效果;在相同的固体面积分数情况下,微结构间距越小,减阻效果越好;在具有最小结构间距的微纳二级结构表面上实现了最大减阻率（38.6±4.5）%。流动显示观测发现:减阻率与微结构的层级、尺寸、形貌及槽道流态有关,它们均对气-水界面稳定性有一定的影响,揭示了复合微纳结构之所以能够显著提升减阻效果,是由于添加纳米二级结构减小了原有表面的固体面积分数,并提高了气-水界面的稳定性。此外,对于具有双内凹（伞状）微结构表面的微槽道,即使表面为亲水材料,也可以有效捕捉气体,形成稳定的气-水界面,从而实现超疏水性能。     

航空发动机陶瓷基复合材料疲劳迟滞机理与模型研究进展

对陶瓷基复合材料疲劳迟滞机理与模型的研究进展进行综述。首先,简要回顾了陶瓷基复合材料在航空发动机上的应用情况,综述了单向、铺层和编织陶瓷基复合材料细观疲劳失效模式与疲劳迟滞机理。总结出纤维增强陶瓷基复合材料基本的细观失效模式是:基体裂纹、纤维/基体界面脱粘和纤维断裂、铺层陶瓷基复合材料中的铺层/铺层界面脱粘以及编织陶瓷基复合材料中的纱线/纱线界面和纱线/基体界面脱粘。脱粘后的各类界面在循环载荷下的界面滑移是导致疲劳迟滞行为的根本原因。然后,详细分析了陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为力学建模研究历史与现状,指出了其中存在的问题。最后,对陶瓷基复合材料疲劳迟滞行为研究的发展趋势进行了展望。     

纤维增强对称层合复合材料的宏观热膨胀系数研究

为了得到对称层合复合材料的宏观热膨胀系数,首先根据细观力学方法,推导得到了以各材料相性能数据表达的单层板的热膨胀系数.在此基础上,根据弹性力学方法,并借助于理想界面均匀化方法,得到了以单层热膨胀系数表达的层合板的宏观等效热膨胀系数表达式.这样,在已知各相材料性能数据和铺层的条件下,即可直接求得层合板的热膨胀系数.理论计算结果与实验数据进行了对比,证明了理论方法的合理性,为层合复合材料热相关问题的研究奠定了基础,有较大工程应用价值.     

原子力显微镜的生物力学实验方法和研究进展

作为微纳尺度的力学工具,原子力显微镜技术被越来越多地应用于生物力学实验研究,推动了该交叉学科领域的发展。利用多种测量模式与改进的探针,原子力显微镜可以在液体中对亚细胞、细胞、组织等多个尺度的生命物质进行力学测量,研究其在衰老、癌变等生命过程中力学性质的动态变化。本文综述了原子力显微镜的力学测量原理、生物力学的实验方法,以及在单细胞的整体与局部、液-液相分离液滴、上皮囊泡组织等力学测量中的应用,分析了复杂流体与微纳尺度流动对实验测量的影响,并对该领域的发展进行了展望。     

微纳米尺度流动实验研究的问题与进展

微纳米实验流体力学研究的流动特征尺度在1mm~1nm范围,处于宏观流动到分子运动的过渡区。连续介质力学与量子力学这两个经典理论的衔接,提出了诸如连续性假设适用性、边界滑移等基本理论问题。同时从微纳米尺度研究界面处液/固/气的耦合,化学、电学性质对流动的影响值得关注。微纳米实验测量仪器融入了力、电等测量手段,要求测量空间精度达到nm量级,力的测量精度达到pN,时间分辨率达到ns。本文围绕连续性假设适用性、边界滑移、微纳米粒子布朗运动及微尺度涡旋测量等问题,介绍了 Micro/Nano PIV、示踪粒子流场显示等技术应用于微纳流场观测的进展与难点。目前微纳米流动测量仍然沿着经典流体力学测量“小型化”的思路开展,而纳尺度的测量期待着新的实验方法与技术的提出。     

基于AFM胶体探针测量液固界面DLVO力及表面电势

表面电势是微纳流控芯片中流体流动的重要参数。本文介绍了基于AFM胶体探针技术测量液固界面DLVO力并进一步测量表面电势及表面电荷密度的方法。本文改进了胶体探针制作的技术手段，并提出用双探针法测量胶体探针的弹性系数。在0.1~1mM浓度范围内的NaCl溶液中，测量了硅、二氧化硅和氮化硅液固界面双电层内的DLVO力及表面电势。实验结果表明胶体探针技术可以很好地测量液固界面的DLVO力，尤其对静电力指数变化段非常敏感。通过DLVO力曲线可以间接测量表面电势、表面电荷密度等重要参数，是微纳流动及界面属性测量的有效手段。此外，在不同硅基材料表面的测量结果显示了硅烷醇基密度对表面电势起主导作用，可以通过选用不同硅烷醇基密度的材料来有效调控表面电势，从而在硅基材料制作的微流控芯片中调控电动流动的强弱。     

层合复合材料薄板高速冲击损伤研究

针对任意角度铺层的复合材料层合薄板基于高速冲击过程中的能量守恒,建立了复合材料层板高速冲击问题的力学分析模型.该模型考虑了纤维断裂、基体裂纹和分层3种主要损伤形式.根据高应变率下单层板的本构关系,采用波的传播理论,计算复合材料层板冲击后的变形区尺寸和层板应变场,利用能量守恒迭代求解弹体的冲击剩余速度和弹靶接触力等参量.文中着重研究了复合材料层合薄板高速冲击中的损伤面积和形状,详细讨论了冲击速度,弹体直径以及靶板铺层情况对损伤形状和大小的影响.数值分析结果与试验吻合,证明了本文模型的有效性.     

尺度效应下微结构多场耦合的热弹性耗散研究

微结构做到MEMS量级时,结构尺寸会缩小到微米量级甚至到更小量级,材料内部表现为非均匀性,从而影响结构的静动态力学特性以及热弹性耦合特性,此时,经典弹性理论对结构的热弹性耦合特性不能进行全面的解释。因此,本文基于微尺度理论,根据微器件的振动方程,并结合热传导方程,建立微尺度效应下结构的热弹性耦合控制方程,得到尺度效应下热弹性耦合对微结构的影响。     

曲面复合材料胶接修补参数优化

随着复合材料在航空结构上的应用越来越广泛,国内外对受损复合材料结构的修补问题开展了较多的研究,但目前所开展的研究基本上是针对平板结构的修补,曲板结构修补的研究开展很少,所以迫切需要开展这方面的研究。本文针对曲板复合材料孔洞型穿透性损伤,采用方形复合材料补片胶接贴补方式,对影响修补效率的多个胶接参数进行了分析计算。在有限元分析中,考虑到曲面复合材料的外形特殊性,及胶接修补的特点,建立了修补结构的力学分析模型:“三实体模型”。有限元分析采用ANSYS软件,所得结论对工程应用具有实用价值。     

THE DIFFUSION BONDING OF Ti－6AI－4V TITANIUM ALLOY UNDER SUPERPLASTIC CONDITION

ＴＨＥＤＩＦＦＵＳＩＯＮＢＯＮＤＩＮＧＯＦＴｉ－６ＡＩ－４ＶＴＩＴＡＮＩＵＭＡＬＬＯＹＵＮＤＥＲＳＵＰＥＲＰＬＡＳＴＩＣＣＯＮＤＩＴＩＯＮ￥ＺｈａｎｇＺｈｏｎｇｙｕａｎ；ＣａｉＣｈｅｎｇｈｅ；ＬｉｎＺｈａｏｒｏｎｇ（ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＭｅｃｈａ...     

钨表面双辉等离子渗镍组织及机理

采用双辉等离子渗金属技术在钨表面进行渗镍实验,并采用XRD,SEM,EDX等分析手段对渗镍试样的微观组织进行了表征。结果表明,镍改性层与基体结合良好,无明显缺陷。改性层与基体表面之间存在明显的扩散层,扩散层中存在少量NiW和Ni4W中间相。利用划痕法研究了渗镍层与基体间的结合强度。结果表明:持续加载100 N未发生改性层剥落现象。对钨表面双辉等离子渗镍改性层的形成机制进行了探讨。     

箱壳类零件视图表达的方法

本文对机器中箱壳类零件的视图表达提供一种方法。该法包含两部分内容:(1)利用本文介绍的“作用轴线”,将箱壳零件内部起主要作用的结构形状方便地用几个剖视图表达出来;(2)箱壳类零件实质上由四种“单元体”所组成,将单元体逐一表达清楚,就能把它们的内外形状表达明白。以上内容归结为“三步”法。这种考虑方式目前起着逐步以科学的表达方法代替经验表达方法的作用,且已显露出某些优点。此外,本文还对有关视图表达的若干问题提出了建设性意见。     

铝合金化学镀Ni－P

介绍利用还原剂在铝合金表面沉积Ｎｉ－Ｐ的工艺方法。该工艺操作简便，所得到的沉积层结合力良好、硬度高、耐蚀性能优异。可用于航空精密仪器仪表的防护与装饰。     

高阻尼铸铁的机械性能和阻尼性能

论述了高阻尼铁的机械性能和阻尼性能，研究结果表明：高阻尼铸铁的机械性能高于相同碳当量的灰口铸铁，其中，抗拉强度提高４０－１２０ＭＰａ，有的提高１５０ＭＰａ，硬度提高２０－６０ＨＢＳ；高阻尼铸铁的阻尼性能随碳当量的增加而提高，其阻尼性能高于相同碳当量的灰口铸铁，约为灰铸铁的２－３倍。另外，高阻尼铸铁的阻尼性能有温度有关，一般室温的阻尼性能高于高温（１２０℃）时的阻尼性能，从室温到高温，其阻尼性能下降     

用于建立机械制造系统模型的扩展着色Petri网

着色Petri网是描述和分析并行系统的有力工具,近年来在机械制造系统中得到了广泛的应用。由于机械制造系统的自身特点,在表示着色Petri网结构的关联矩阵中含有许多零元素,从而导致着色Petri网占据数据空间大的缺陷,难以对复杂机械制造系统的规划设计与生产调度进行分析研究。 本文基于着色Petri网的基本原理,提出一种适用于建立机械制造系统模型的扩展着色Petri网理论,用于解决着色Petri网占据数据空间大的问题,为Petri网理论在机械制造系统建模方面的广泛应用提供理论基础。最后给出实例,说明减少数据空间的结果。     

复合材料阶梯形胶接接头渐进损伤分析

建立了复合材料层合板双阶梯形胶接接头的三维(3D)有限元模型,并进行了拉伸载荷下的渐进损伤分析(Progressive damage analysis,PDA)。采用含正交各向异性损伤的连续介质损伤力学(Continuum damage mechanics,CDM)本构方程对层合板进行描述。采用粘聚区模型(Cohesive zone model,CZM)对共胶接界面进行模拟。引入合适的损伤起始和损伤扩展准则,预测了双阶梯形胶接接头的损伤扩展方式和连接效率。进一步讨论了台阶长度、外加铺层搭接长度及厚度对失效模式及连接效率的影响。     

机械能助渗锰工艺及其发展前景

本文对机械能助渗锰及常规的粉末渗锰工艺、渗锰层组织、结构进行了探讨。利用运动的粉末粒子的机械能冲击工件表面进行助渗锰，将渗锰温度由传统化学热处理的1000℃降低到300℃，可有效地提高耐蚀性和使用寿命。机械能助渗锰技术的社会经济效益好，很有发展前景。     

20CrNi2Mo齿轮传动轴局部剥落失效分析

通过对20CrNi2Mo齿轮传动轴料齿轮局部剥落处进行宏观分析和微观断口分析，对比剥落处与完好处的宏观硬度与显微硬度分布以及金相组织和渗层深度，结合磁粉探伤检验结果，结果表明，齿轮轴经过渗碳热处理，在随后的机械磨齿过程中，由于磨削过多，致使渗层只有0．5mm，达不到技术要求，齿轮在交变接触应力的作用下，首先在齿面产生极小的显微裂纹，小裂纹进一步扩展，最终造成齿面剥落，此失效为接触疲劳失效导致的局部剥落。