硅片上镀氧化锌薄膜的矩形电极厚度伸缩能陷谐振器的分析

最近已经证明,在硅片的一个界限明确的小区域内,可以刻蚀出高度均匀的薄层并镀上氧化锌优质压电膜和电极,从而构成高频能陷谐振器。最近的分析工作仅适合于纯厚度振动情况。木文分析了硅复合结构中压电薄膜的主要厚度伸缩能陷模。分析结果表明,在晶片上波数不大的范围内,即使硅在晶片平面上呈显著的各向异性,这个平面的色散方程也是各向同性的。从得到的色散关系,可以求出渐近微分方程和相应的边界条件。这个方程描述了振动在厚度伸缩谐振附近的复合晶片表面的模式形状。由于该模是主要厚度伸缩型的,所以就复合平片的基模来说,在电极区通常不产生能陷。然而,如果适当增加电极区外的硅厚度,就能实现电极区内的基模能陷。此外,对硅片上镀氧化锌的情况来说,只要简单地使氧化锌膜比刻蚀掉的硅厚到一定程度,就能在电极区内产生平片基模的能陷。本文将上述渐近微分方程及边界条件应用于矩形电极能陷谐振器稳态振动的分析,并获得了在谐振附近有效的导纳集总参数表示图。本分析适用于各种厚度伸缩模及其伴生的横向泛音。     

5MHz空气隙石英谐振器的研制

通常的高精密石英谐振器采用的是电极膜直接被在石英晶体谐振片上,玻璃壳火封或冷压焊封装结构。本文介绍一种结构全新的高精密石英谐振器的设计、工艺和性能。它的电极膜是被在靠近石英晶体谐振片的上下二个电容器上,电极膜与谐振片形成空气隙形状,所以称为空气隙石英谐振器或无电极石英谐振器。它的外壳采用了密封性能很好的金属化氢焊和电子束焊封接装技术,使产品提高Q值和改进老化。尤其是石英晶体谐振片采用了SC切型进一步提高了短期频率稳定度和加速度灵敏度。     

变厚度钣化为等效二维各向异性钣问题求解的一种工程方法

本文将变厚度钣问题化为等效二维各向异性问题,对于厚度作直线变化的情况,利用复变函数方法得到域内的应力场和位移场,最后用变分原理求解变厚度含裂纹钣的应力强度因子。计算结果表明,本文方法使用简单方便,收敛性好,对一般变厚度钣有关参量计算有一定的实用价值。     

部份球面石英晶体谐振器的设计

只有一边缘曲面的部分球面晶体谐振器常被用作低频范围的高Q值AT切器件。过去,已经提出过有关电极质量负载极小的均勻球面晶体的论述,但是要把只有一边缘曲面和镀回量不能忽略的扁平晶片的理论证明得使人信服就会困难得多。本文仿效以前的文章,通过对每一区域波导振荡模色散关系的严格推导,将问题简化为二维形式,精确到横向波数的二阶,这相当于标准的厚度切变截止模。已经采用一种量子力学的常用方法,把谐波振荡器的函数作为基本函数,并且根据这个基本函数以扰动法简化本征解。这种方法注意到了边界条件的自动匹配问题,而这的确需要对基本函数的大量数值加以积分计算,但是这一点用现代计算机是很容易完成的。     

二维翼型绕流的CE/SE方法

采用时空守恒元和解元CE/SE(space-time Conservation Element and Solution Element method)法,求解二维Euler方程,开展了翼型绕流的无粘数值模拟研究.用非敏感克朗数计算格式消除克朗数过小引起的数值耗散对解的污染,结合当地时间步长法,解决网格不均匀引起的当地克朗数变化跨度大的问题.对NACA0012翼型的无激波流场进行了二维数值模拟,并与AGARD算例做了对比.结果表明:CE/SE方法的计算结果与AGARD结果吻合得很好,为该数值计算方法对翼型绕流数值模拟的进一步应用奠定了基础.      

非规则轴承故障的动力学建模与仿真

针对现有轴承故障研究大多将故障简化为矩形凹槽或圆形凹坑等规则形状,与实际故障形貌存在较大差别的问题,以航空发动机转子系统为研究对象,从滚动轴承的实际故障形貌和复杂转子系统中主轴轴承易失效的客观实际出发,提出了非规则轴承故障的表征方法,并将其引入单转子-轴承系统动力学模型,建立了轴承内外圈非规则故障模型。利用数值计算的方法对含故障轴承转子系统的振动响应进行了分析,并研究了系统轴承在内外圈含有矩形故障和非规则故障的情况下,故障的周向宽度和深度对系统振动的影响规律。针对滚动轴承内外圈中存在的故障轴承损伤,制作了不同位置、大小的故障轴承,并将其引入转子系统开展试验研究,采集了不同旋转频率和故障尺寸下的系统振动数据,通过与数值仿真结果的比较,充分验证了非规则轴承故障动力学模型的正确性。      

蒙皮加筋圆柱壳扭转频率的三种计算模型

为了给火箭等加筋圆柱壳结构的简化计算提供理论基础,研究了加筋圆柱壳面积等效方法中的扭转刚度计算方法,说明了不能直接根据等效厚度计算扭转刚度的物理机理,得到了桁条对圆柱壳扭转刚度的贡献可以忽略的结论.根据等效厚度以及桁条与蒙皮连接关系的不同处理方法,给出了计算扭转固有振动频率的等效梁模型、变厚度壳模型和壳-梁模型,分析了桁条在3种模型中对刚度和质量(包括转动惯量)的不同作用.为了消除根据等效厚度计算扭转刚度和扭转固有振动频率的偏差,分别给出了扭转刚度和扭转固有振动频率的修正方法.数值结果验证了修正方法和所得结论的正确性.      

带口盖复合材料柱壳压缩性能

研究了1/3弧长带有口盖复合材料柱壳的压缩行为.实验测试的带口盖柱壳结构在压缩后发生局部屈曲变形,无后屈曲现象发生,屈曲破坏载荷为118.944 kN.利用ABAQUS有限元软件建立相应有限元模型计算其屈曲破坏行为,并将计算结果与实验结果进行比较,证明所建立的模型正确有效.利用所建立的模型,探究提高结构屈曲载荷的方法.研究表明:补片与口盖的铺层角度对结构的屈曲载荷有直接影响,如果补片与口盖的铺层角度由0°变为20°后,结构屈曲载荷可以分别提高6.8%和2.4%;补片厚度也与结构屈曲载荷相关,但试图增加现有补片厚度来提高结构屈曲载荷方法并不十分理想.当补片厚度由11层提高到16层时,结构屈曲载荷也仅提高了2.37%,考虑成本与重量因素,此方法与改变铺层角度相比不可取.     

用激光加工在晶片上集成匹配阻抗的甚高频单片晶体滤波器

本文介绍在压电基片上集成薄膜匹配阻抗的甚高频单片晶体滤波器,以及设计和调整这种器件的独特方法。按照传统的方法,我们从单一谐振开始,其电极尺寸考虑到了未来滤波器的谐振器之间所需的间隙,然后用 YAG 激光将电极分开;谐振器之间间隙的调整,要同时考虑到滤波器的计算带宽和中心频率具有很好的精度。然后,用同一激光微调薄膜电阻,以达到正确的带内波动和需要的3db 带宽。按此方法,能得到对称性很好的通带。这种能够全自动化的加工方法,由于激光光点尺寸很小(约10微米)而很适用于甚高频单片晶体滤波器。而集成电阻降低了外壳和两个末端谐振器引线的寄生电容和电感的影响。最后,讨论了激光输出功率对一些典型参数的影响。     

不同厚度翼型动态失速涡运动数值研究

在低马赫数下, 对三种不同相对厚度的NACA系列基本厚度翼型在俯仰振荡运动中的动态失速现象进行了数值研究.数值模拟时采用双时间法和LU-SGS隐式解法相结合的模式求解了非惯性坐标系下的非定常纳维-司托克斯(NS)方程组, 空间离散采用Roe格式,并结合刚性动网格生成技术.采用全湍流计算,通过引入BL(Baldwin-Lomax)模型计入湍流影响.计算出的气动力迟滞曲线与实验结果变化趋势符合较好,表明了数值方法的有效性,同时通过比较和分析不同厚度翼型在轻失速和深失速下的流场结构,发现绕翼型的失速旋涡产生和发展规律是明显不同的.      

基于润滑理论的二维积冰数值模拟

将基于润滑理论的水膜-冰层模型推广到在任意二维截面上建立的正交曲线坐标系,得到描述二维型线表面水膜流动和积冰的偏微分控制方程.采用一种隐式-显式有限差分格式建立控制方程组的代数形式,给出求解非稳态控制方程组的数值方法.为验证模型和数值解法的有效性,在典型的航空积冰和传输线积冰环境下对翼型和传输线表面的积冰算例进行数值模拟.将水膜-冰层模型的冰形计算结果与传统Messinger模型的模拟结果以及冰风洞试验结果进行对比,低温明冰条件下采用当前方法计算的翼型表面冰形接近于Messinger模型的模拟冰形曲线;相对高温条件下的计算结果比传统Messinger模型更为精确.低速积冰环境下Messinger模型难以模拟的传输线表面积冰同样可以采用水膜-冰层模型进行有效 预测.     

裂纹扩展阻力曲线与试样厚度关系

在有关裂纹扩展理论阻力曲线研究的基础上,给出了阻力曲线与试样厚度关系的数学表达式.利用少量试验结果,根据最小二乘方法即可确定表达式中的参量.通过这一表达式,可以计算任意厚度下的阻力曲线方程,从而获得该厚度对应的阻力曲线.这一数学表达式得到了试验结果的验证,并可补充现有手册中试验数据之不足.      

基于Euler方程的三维机翼厚度与扭角优化设计

使用Euler方程作为流场解算器,结合Powell算法,讨论了在确定的机翼平面形状和翼型的条件下,以最大升阻比为目标的三维机翼截面翼型最大厚度与扭角的优化设计.设计中以机翼沿展向0.1,0.2,0.3,0.8,1.0倍半展长的翼剖面的厚度作为优化控制量,再选取翼梢剖面的扭角增量为第6个控制量,对机翼作了数值优化设计计算,得到了在亚音速时具有相对较大升阻比的机翼其厚度及扭角的优化分布.针对Lockheed-AFOSR Wing B的亚临界和超临界算例结果表明,厚度的非线性分布和负的扭角会改善机翼流场的流动状态,使机翼的升阻比得到提高,优化设计方法是可行的.      

用有限元素法验证挤压油膜短轴承解的有效性

在现代航空燃气涡轮发动机和地面高速旋转机中,要求精确地分析预计转子支统的承系振动特性。而在支承结构中带有挤压油膜轴承阻尼器的情况下,用什么方法解算油膜压力,其计算精度和速度如何,是影响整个系统特性分析预计的最主要因素之一,也是这一领域里最重要的研究课题。当前,对不带端封的挤压油膜轴承阻尼器,常采用一维短轴承近似解析法计算油膜压力,本文将通过较精确的二维有限元数值解求油膜压力分布,来验证一维短轴承近似解的有效性,并提出短轴承近似解析法所适用的运转条件。     

电离层不规则结构的等效厚度和漂移速度对闪烁功率谱的影响

利用由衍射基本原理导出的有限厚薄相屏弱闪烁信号强度的Fourier功率谱表达式研究了不规则结构等效厚度L和水平漂移速度V对Fourier功率谱的影响。结果表明,L加大,Fresnel振幅变小,Presnel半径不变;V加大,Fresnel振幅不变,Fresnel半径变大。功率极小值相应的频率值之比为1:1:2:3:…:n而不是√2:√3:…:√n,与实测资料分析结果一致。对实测闪烁功率谱进行了数值模拟。由此得到了实际电离层不规则结构等效厚度、漂移速度的数值。      

变量代换法计算缝隙天线互导纳

本文利用变量代换法导出了向无损耗空间辐射的,尺寸相同和不相同的平面缝隙辐射元互导纳的通用计算公式。给出的公式便于计算机计算。为了验证理论公式的实用性,在三种条件下,对尺寸相同的轴向平行的半波长的二个矩形端头缝隙之间的互导纳进行了数值计算,结果同已发表的文献给出的数据相比是吻合的。文中介绍的方法易于扩展到振子天线中。     

基于传感器的6-DOF并联机构运动学正解

6-DOF (Degrees of Freedom)并联机构的位姿正解问题复杂而且多解.讨论了处理正解问题的各种不同方法,其中数值迭代法和使用附加传感器的两种方法可以直接找到正解.重点研究了使用附加传感器获取并联机构正解的方法及传感器的类型,并对采用直线位移传感器和旋转传感器及其配置方法进行了比较,不同的配置会影响到正解的计算精度与计算过程.讨论了采用直线位移传感器与旋转传感器联合求解时合理的传感器数量及相应的配置,并针对一种相对通用的配置方法,推导了获得位姿正解的计算过程. 根据计算分析,采用4个旋转传感器或者3个直线传感器,经过适当的配置,可以获得并联机构的正解.     

含局部缝隙与重叠特征的Mindlin板等几何分析

等几何分析(IGA)中非均匀有理B样条(NURBS)被同时用作计算机辅助设计(CAD)中的建模工具以及有限元分析(FEA)中的逼近函数。NURBS模型中常见的缝隙和重叠问题使得分析变得困难。基于Mindlin板理论,对含有缝隙与重叠部分的NURBS模型进行等几何分析,采用Nitsche方法处理模型交界面上的非协调问题,并通过标准数值仿真算例的计算结果与解析解对比验证方法的可行性。研究结果表明:基于Nitsche的等几何方法可以用来对含局部缝隙与重叠特征的非协调Mindlin板模型进行分析;NURBS次数越高,等几何分析计算结果越精确,并且收敛速度越快。     

热和振动复合环境中人体热调节的模拟

本文针对热和振动复合环境对人体的影响特点，建立了该复合环境中二维人体热调节系统的数学模型。采用数值方法对人体热调节系统数学模型进行求解，计算了不同热和振动复合环境条件下人体温度分布及动态响应，计算结果与实验结果相符较好，相对误差小于５％。     

热和振动复合环境中人体热调节的数值模拟

本文针对热和振动复合环境对人体的影响特点，建立了该复合环境中二维人体热调节系统的数学模型．采用数值方法对人体热调节系统数学模型进行求解，计算了不同热和振动复合环境条件下人体温度分布及动态响应，计算结果与实验结果相符较好，相对误差小于５％．