压电悬臂梁驱动传感共位特性研究

为了探究压电陶瓷悬臂梁结构的驱动传感共位特性，笔者研究了以压电耦合悬臂梁样机分别作为传感器、驱动器和驱动传感共位时电流的变化规律，分析了压电悬臂梁被限位工作条件下其共位信号与空载状态信号的差异性，通过检测压电悬臂梁内部电流的变化来实现对压电悬臂梁驱动状态的共位检测。实验结果表明：在电压的激励下，压电悬臂梁在未被限位工作条件下，仅存在频率大小约为230 Hz的响应信号；压电悬臂梁在限位条件工作时，其采样信号在230 Hz和1 640 Hz附近处有明显响应，且仿真结果与实验结果误差均在4%以内。该实验结果证明了可将压电陶瓷悬臂梁内部电流变化所对应的特征频率作为其工作状态的判定。     

压电式微驱动器的应用研究

在分析常用微驱动器的基础上，设计了一种压电式微驱动器，采用柔性铰链机构实现无机械摩擦、无间隙的高灵敏度微驱动，利用柔性铰链杠杆放大原理增加了叠层式压电陶瓷位移输出．满足了在激光测量系统中作为移相器的工作要求．文章对柔性铰链机构进行了理论分析，建立了数学模型，采用有限元分析方法优化了机构的结构参数．     

喷孔锥度对喷气织机环槽型辅助喷嘴性能的影响

为提升引纬质量，课题组设计了一种环形槽型喷孔辅助喷嘴，并通过数值模拟探究辅助喷嘴结构对喷射性能的影响。课题组依据喷射出口面积等效原则，设计了3种环槽型辅助喷嘴，并分别建立了环形槽结合中心式辅助喷嘴的流场模型；利用FLUENT软件对建立的流场模型进行数值模拟，得到供气压力0.3 MPa时不同喷孔锥度的各环槽型辅助喷嘴对称面上速度云图、出口流速中心线上速度分布曲线图、气耗量，以及距喷嘴出口20，50，70 mm处截面速度分布图。结果表明：对同种环槽型辅助喷嘴，随着喷孔锥度增大，辅助喷嘴的喷射性能明显增强；喷孔锥度大于0°时,喷孔锥度增大各喷嘴出口处射流速度也随之增大。环槽型辅助喷嘴为喷气织机引纬提供了一种效率更高的方法。     

环状压电超声电机的多频率驱动分析与实验

针对压电超声电机的多频率驱动问题进行研究,设计并制作了利用定子内圆周面驱动的环状压电超声电机,明确了利用行波驱动电机转子的机理。通过有限元计算给出了电机定子所用弯曲模态的振型与位移云图。以计算结果为基础,分析了电机所用的压电陶瓷片的极化分区与定子弯曲模态激发之间的关系,得出了所用的压电陶瓷片能够实现电机多频率转动的结论。完成了所研制的超声电机的多频率驱动实验。实验结果表明,电机能够实现在多频率点的转动。依据本文分析思路,可以对其他结构形式的超声电机的多频率驱动问题进行研究。     

基于PV图的氦工质有阀线性压缩机实际循环

为了探究氦工质有阀线性压缩机实际循环的吸气量，课题组对液氦温区JT制冷用线性压缩机PV图开展研究。采用理论与实验相结合的方法，分析了余隙容积、进排气阀处压力脉动对线性压缩机吸气量的影响；基于实验室现有18 mm氦工质有阀线性压缩机，搭建有阀线性压缩机性能测试平台，通过进排气阀前的压力传感器获得压缩腔内动态压力变化，结合课题组LVDT活塞位移测试技术，得到实际工作状态下压缩腔内的PV图。与理论分析进行对比，结果表明理论循环与实际循环吸气量差异显著。该研究为氦工质有阀线性压缩机性能的提升提供设计思路。     

通径12.5 mm新型2D数字伺服阀实验研究

针对原有2D数字伺服阀存在加工困难等问题,文章设计了新型的通径12.5 mm 2D数字伺服阀。分析了12.5 mm通径斜槽型2D数字伺服阀的工作原理、结构特性,设计了斜槽型的导控机构,不仅方便加工,而且使伺服阀的整体 性能得到很大提高。在此基础上设计并搭建了实验平台,在21 MPa的系统压力下对阀进行静动态实验研究。实验结果 表明该阀的线性度约为4. 1%,滞环约为1.9%,不对称度为3.1%,零位泄露量为5.60 L．min-1导控级的零位泄漏量为 0. 64 L．min-l,频宽为175 Hz（对应25%额定流量）。较之同样级别的伺服阀具有更好的动静态特性,结构更加紧凑。     

特种压电陶瓷变压器的研制

简要讨论了压电变压器的工作原理和结构及压电材料的选择。报道了铌镁锰锆钛酸铅（ＰＭＭＮ－２）四元系压电陶瓷材料的研制概况，设计并制作了一种带宽窄、升压比和转换效率高的ＥＴ型压电陶瓷变压器。通过有关单位试用性试验，能达到引爆要求。     

La3+掺杂Bi0.5(Na1-x-yKxLiy)0.5TiO3陶瓷的微结构与电学性能

利用传统的电子陶瓷工艺制备了La3+掺杂Bi0.5(Na1-x-yKxLiy)0.5TiO3无铅压电陶瓷,研究了La3+掺杂对该体系陶瓷的介电压电性能与微观结构的影响.结果表明,少量的La3+掺杂可以改善该陶瓷的微结构;当掺杂量为0.1%时,该陶瓷体系的压电性能有较大的改善,室温下该体系配方的压电常数d33可达215 pC/N,径向机电耦合系数kp达到37.4%,但同时介电损耗增大,机械品质因子降低.当掺杂量达到1.5%以后,陶瓷的压电性能严重下降.     

3D打印毛细芯与底座间隙对环路热管性能影响

为抑制环路热管（loop heat pipe， LHP）蒸发器中的热泄漏，课题组通过改变3D打印复合毛细芯与加热底座之间的间隙来解决该问题。毛细芯与加热底座间分别选取0，1和2 mm[KG*4/5]3种间隙组合方式组装环路热管，并通过实验研究间隙对环路热管传热性能的影响。结果表明：存在间隙时，启动时长均会因间隙的增大而延长；复合毛细芯蒸发层为200 μm、吸液层为100 μm、间隙为2 mm时，热泄漏的抑制最显著。此时，功率为180 W，壁面温度为96.7 ℃，传热系数为73 681 W/(m·K)；而复合毛细芯蒸发层为100 μm、吸液层为200 μm时，间隙的增加对热泄漏的抑制效果不明显。综上，复合毛细芯对环路热管传热性能的影响可通过改变毛细芯与底座间隙距离来控制。     

(1-x)Bi0.5(Na0.8K0.2)0.5TiO3-xNaSbO3无铅压电陶瓷微结构与电学性能研究

采用传统压电陶瓷工艺制备了(1-x)Bi0.5(Na0.3K0.2)0.5 TiO3-xNaSbO3无铅压电陶瓷,利用XRD、SEM等测试技术表征了陶瓷的晶相结构和表面形貌,利用一些电学仪器测试了其介电和压电性能.结果表明,该体系陶瓷具有单相钙钛矿结构,适量的NaSbO3掺杂可以提高该陶瓷的致密性.在室温下,当掺杂量为0.5%时,该体系表现出较好的压电性能:压电常数d33和机电耦合系数kp分别达到107pC/N和0.209;当掺杂量为0.7%时,εr和tanδ分别为1551和0.05.     

基于EDEM的猴魁茶叶充填过程仿真研究

为解决猴魁茶叶包装劳动强度大、效率低等问题，课题组设计了一款适用于猴魁茶叶的自动化充填系统。运用EDEM离散元仿真软件对猴魁茶叶的充填过程进行仿真模拟，观察充填过程中茶叶姿态的变化规律，以验证设计的合理性；并以堆积角、平均速率及平均挤压力作为评价指标，探究不同结构参数对茶叶充填性能的影响规律。结果表明：载具转速对茶叶充填性能影响最为显著，转速越大，茶叶的堆积角、速度及内部挤压力越大。课题组的研究可为后续装置研究与参数化设计提供参考。     

基于多眼综丝开口方式的辅助开口系统

针对多眼综丝开口方式在织造三维织物过程中无法有效开启各经纱层梭口的问题，课题组设计了一种辅助开口系统。系统采用对应的辅助开口机构，通过抬纱杆伸入由多眼综丝与经纱群形成的棕眼孔道后，配合水平、垂直驱动装置完成抬纱开口任务；引入西门子S7 200 Smart参与辅助开口机构控制，对该控制系统进行了软、硬件的系统配置；最后由MATLAB/Simulink对3驱动装置控制电机搭建运动模型进行模拟仿真。仿真结果表明：3轴的运动符合系统所需的运动规律，提高了织造效率。该辅助开口机构在以多眼综丝为开口方式的织造中具有良好的应用前景。     

衣物自动包装机折叠机构设计与优化

针对目前衣物包装机中折叠衣物部分结构复杂，其控制系统灵敏度、协调能力低下等问题，课题组设计了一种新型衣物折叠机构。首先，基于单驱动多凸轮的传动方式提出了折叠机构的设计方案与工作原理；其次，利用解析法对机构中曲柄滑块以及凸轮轮廓的尺度参数进行分析与确定；最后，通过ADAMS软件对机构进行运动仿真，并对运动过程中的最小传动角进行优化。其优化结果表明：最小传动角相较于优化前增大62%，满足设计要求。对比传统衣物折叠机构，该机构实现了以单个原动件来完成衣物的折叠过程，具有控制效率高，传动性能好和成本低等优点。     

一种欠驱动柔性机械手的抓取力研究

为满足农产品（食品）行业中尺寸范围大、形状复杂、物性多样的复杂对象抓取需求，提出了一种欠驱动柔性机械手。设计了欠驱动柔性机械手的的结构 ，介绍了其工作原理；采用2个电机驱动串联双铰链柔性关节；以直径为20,40和60 mm的圆柱铝块为抓持对象，建立了静态力学方程和几何平衡方程；运用 MATLAB软件中fsolve函数求出机械手在负载状态下驱动杆行程与抓取力的关系。计算结果表明通过控制驱动杆行程，可以实现调节抓取力的大小，在不损坏物体 表面的前提下，有效抓取复杂对象。     

摆动电弧窄间隙厚板焊接工艺与熔池演变数值研究

针对窄间隙摆动电弧焊接在不同工艺下熔池演变差异较大的问题，课题组以实际摆动电弧窄间隙焊接工艺为依据，综合考虑窄间隙焊缝的几何形貌对热源加载的影响，建立了70 mm厚板多层单道焊接数值模型；利用ABAQUS模拟了不同工艺条件下熔池的形成过程及熔池横断面熔合线走向规律。实验结果表明：电弧摆动频率为0.7 Hz时，使用17 V电压及180 A电流焊接，单层焊缝会出现重熔现象，电弧运动状态对熔池形态影响较大；使用30 V电压及340 A电流焊接，熔池形态变化较小，熔合线走向平缓，电弧运动状态对熔池形态影响较小。     

磁流变液屈服应力测试装置温度场优化

磁流变液（magnetorheological fluid,MRF）屈服应力测试装置在工作运行过程中产生了大量的热,导致测试装置温度升高,屈服应力测试精度下降的结果;同时对磁流变液特性也造成了很大的影响。课题组基于FLUENT软件对测试装置进行仿真分析,以提高测试精度。首先,设计屈服应力测试装置,建立包含漆包线、装配间隙等特征的测试装置温度场模型;其次,对测试装置进行网格划分并运用仿真软件对温度场变化进行模拟研究;最后,在仿真模型的基础上,对漆包线绕组综合热导率和测试装置装配间隙进行分析。研究得到了温度对装置的影响规律,确定了最佳综合热导率及装配间隙;并确定该装置测试屈服应力时的最佳温度场。温度场研究提高了该装置对屈服应力测试的精度。     

基于RSM与NSGA Ⅱ的燃气灶外壳零件成形质量多目标优化

为提高燃气灶外壳零件的成型质量和安全性能，课题组基于DYNAFORM建立燃气灶外壳的有限元模型并完成优化模拟。以圆角半径A、压边力B和模具间隙C作为影响零件成形质量因素，以最大减薄率y1和最大增厚率y2作为优化目标，应用Box Benhnken(BBD)设计响应面（RSM）试验；采用DYNAFORM 6.0有限元软件模拟试验并获得样本数据，得到y1与y2的多项式回归响应模型；结合遗传算法对多目标优化函数进行优化求解，根据带精英策略的改进型非支配排序遗传算法（NSGA Ⅱ）获得优化后Pareto最优解集。最后选取了最优工艺参数组合：取整得到A为13 mm，B为335 kN，C为0.84 mm。根据NSGA Ⅱ预测结果y1为23.32%，y2为2.80%，经数值模拟验证，最大减薄率和最大增厚率分别为23.39%和2.96%，因此试验结果和预测结果误差低至0.3%。文中采用的零件成形质量多目标优化方法准确度高，为提高同类外壳零件的成形质量提供一种有效的优化方案。     

新型大行程高承载力的柔性铰链设计

针对传统柔性铰链在行程、承载力性能方面的不足，难以实现柔性铰链较大的移动范围，课题组提出了一种新型TLET柔性铰链。它是由一系列LET型柔性铰链串并联组成，采用独特的布置方式以增强柔性铰链的移动范围，在安全可靠的工作条件下实现大位移和大承载能力。采用等效成弯曲弹簧的方法推导出等效刚度模型，运用有限元分析的方法对3种材料的柔性铰链进行失效形式分析，从中选出高性能的合适材料。对比了所设计的新型铰链和传统铰链的性能，通过有限元仿真验证了新型柔性铰链设计的可行性。仿真结果表明：对于40 N的最大载荷，铰链沿x轴的最大位移为21.68 mm，z轴方向上的最大位移为25.12 mm，新型铰链的移动行程比传统铰链大1.8倍。文中所设计的铰链可用于工作行程大，负载能力高的机械装备中。     

气体阵列微喷射换热特性实验研究

针对近年来电子元件发热量和热流密度不断增大,导致其工作性能受到严重影响的问题,课题组用气体阵列喷射冷却的方法来加强电子设备换 热效果。为研究气体换热特性,实验采用0.5 mm及0.7 mm孔径线性排布的阵列孔板,通过改变喷射间距和喷射孔径,以氩气和空气为工质研究了不同条件下气体 射流冲击的换热特性。并将氩气的换热效果与空气进行比较。实验发现：气体射流冲击换热条件下的换热系数可达到150 W·m-2·K-1,明显高于传统 电子设备散热方式;在2 mm喷射间距下气体的射流冲击换热效果好于4 mm及6 mm;在3种喷射间距下,增大喷射孔径均能有效提高换热效果;在喷射孔径小,间 距小时,空气的换热效果好于氩气,当增大孔径和间距时,两者的换热效果变得十分接近。实验结果对工业应用有一定参考价值。     

带U型切口的非线性压电能量采集器的动力学仿真研究

针对目前压电采集器采集频带较窄、采集效率较低的问题，笔者在压电采集器中引入磁场构建了非线性振动系统，拓宽了采集器的采集频带。设计了一种带U型切口的非线性压电振动能量采集器；通过建立采集器的理论模型，分析了该采集器的势能系统，并仿真研究了不同激振频率下内梁磁铁与外梁磁铁的水平间距D的改变对采集器输出均方根电压的影响。数值分析发现：减小间距D，可以使该采集器的内、外梁的势能系统从单稳态系统过渡到双稳态系统；并随着间距D的减小，该能量采集器在其谐振频率处输出的均方根电压逐渐增大，但对该能量采集器的有效采集频带影响并不大。该研究表明引入磁场的带U型切口的双悬臂压电梁能有效提高压电能量采集器采集效率。