双H型石英陀螺电容耦合分析与电极优化设计

双H型石英陀螺的音叉结构具有电极工艺简单的优点,但该陀螺的电容耦合噪声比H型石英陀螺的电容耦合噪声大.为减小电容耦合噪声,分析了双H型音叉的电容耦合噪声的影响和产生机理,采用ANSYS软件分析电容耦合噪声.在驱动电极上加载电压载荷,采用静态分析功能,在后处理器P0ST1中获取敏感电极的电荷量,利用电压和电荷的关系获取检测电极的耦合分布电容,采用这一指导原则,设计了一种新电极分布的音叉;通过仿真和测试对比了新电极和旧电极音叉的耦合分布电容,测试结果表明,新的电极设计的耦合电容值为旧电极的耦合电容值的50％左右.介绍了一种新的电极结构的双H型石英陀螺,并给出耦合电容的仿真分析及测试方法,该方法可以指导石英陀螺电极设计.     

圆盘式石英谐振器集群力频传感特性分析

石英晶体谐振器的力频效应在传感器方面有重要的应用,针对传统石英晶体谐振器力灵敏度偏低,以及温度变化等因素引起的频率漂移等难题,提出了一种在基于同一石英基片上的力敏谐振器集群。通过弹性力学方法理论推导和计算了石英晶体薄圆片受径向力作用时片内各点的应力分布,得到石英晶体谐振器圆盘内各点的力频特性,建立了石英谐振器集群力传感系统。实验结果表明石英谐振器集群力频灵敏度系数达到7333 Hz/N,力敏特性明显优于传统的单电极谐振器,该石英谐振器集群可以作为敏感元件应用于力(或应力)检测以及惯性传感器等数字式测控领域。     

不同电极数石英谐振器集群力敏特性分析

为了提高石英力敏谐振器的力-频转换系数,根据石英晶体压电效应及各向异性特性,利用Matlab数值计算方法,研究了径向力作用时AT切石英晶体薄圆片内各点的应力分布特点,设计了不同基频及不同电极数的石英力敏谐振器集群,并对其力敏特性进行了测试。结果表明:谐振器的力敏特性与谐振器的谐振频率、电极位置及力作用方位有关;集成于同一晶体基片不同位置的谐振器谐振频率作差频处理,得到的差频信号仍具有显著的力敏特性,同时差频信号中材料自身干扰因素的影响得到了抑制;在非耦合状态下,同一晶体基片上电极集成数越多,差频组合形式越多,得到的叠加信号的力敏特性越显著;经差频及叠加处理,集成式石英六电极谐振器的力-频转换系数可达8655.8 Hz/N。这种结构的力敏谐振器可用于高稳定的数字式力传感器及相关姿态检测控制系统。     

电场作用下石英晶体板非线性高频振动分析

建立了强电场作用下考虑材料和几何非线性的石英晶体板厚度剪切振动和弯曲振动的非线性方程组。基于厚度剪切振动近似理论的线性位移解,利用伽辽金法将非线性偏微分方程组转化为关于时间变量的常微分方程组。接着利用逐次近似法获得了石英晶体板厚度剪切振动和弯曲振动耦合的频率响应关系,并绘制了不同电压下厚度剪切振动的频率响应曲线图。数值计算结果表明,电压对石英晶体板厚度剪切振动的频率有着显著影响,其引起的频率漂移值超过了常见压电谐振器的允许值。所建立的方程可以用于石英晶体谐振器的非线性有限元分析和偏场效应求解。     

BK14-2型压电石英加速度计的研究

本文利用压电石英晶体谐振器进行加速度计的研究，采用石英晶体谐振器作为测量惯性力的敏感元件，利用石英晶体谐振器的压电效应，通过敏感惯性力进而实现对线加速度的测量。结果表明该加速度计具有良好的线性和稳定性，测量范围±４０ｇ，线性度优于１０－４，灵敏度大于４００Ｈｚ／ｇ。     

石英振梁加速度计谐振器的结构设计

石英谐振器的设计是实现高精度石英振梁加速度计的关键。首先对石英晶体的最优切型切角结构进行研究,确定石英晶体的最优切型切角为(xyt)5°。其次,理论分析并通过仿真验证了石英谐振器的结构参数对石英振梁加速度计标度因数的影响,并对石英谐振器的结构参数进行了优化。最后,对石英谐振器进行了模态仿真,并分析了石英谐振器的尺寸制作偏差对标度因数的影响。用有限元分析方法得到了石英谐振器的理想振型,且石英振梁加速度计的标度因数为40 Hz/g。理论及仿真结果表明该石英谐振器可应用于高标度因数石英振梁加速度计中。     

高g值加速度传感器的标定

利用Hopkinson压杆装置,采用石英晶体片压力传感器对高g值加速度传感器进行了标定,并给出了加速度传感器灵敏度系数的标定公式。实验结果表明,本文中研制的利用石英晶体片压力传感器对高g值加速度传感器进行标定的实验装置可满足标定的精度要求,而且整个校准系统结构简单,易于操作。     

基于平面度的燃料电池电化学性能模拟

 固体氧化物燃料电池的翘曲会影响电极-盖板界面的接触情况，从而影响电化学性能，对相关制造工艺提出了很大的挑战．为了分析燃料电池平面度对放电过程的影响，揭示其潜在的风险，我们建立了两个基于有限元法的仿真模型，对考虑平面度缺陷的燃料电池封装和放电进行分析．在对固体氧化物燃料电池进行平面度测量的基础上，首先建立了具有真实燃料电池翘曲特性的几何模型，分析封装过程中接触压力的分布情况．然后将接触电阻的仿真结果导入到三维多物理场耦合模型中，模拟具有平面度缺陷的燃料电池电化学性能．计算结果展示了燃料电池两侧封装过程中接触压力的分布情况．通过对比有接触电阻和无接触电阻的燃料电池电流密度，分析了电池与盖板的接触对放电过程的影响．结果表明，燃料电池的凹陷面较难达到满意的接触状态，需要比凸起面更大的封装压力．燃料电池表面接触电阻的变化将引起电流传导路径的变化，产生局部高电流或低电流．这项工作强调了在燃料电池中保持均匀分布的接触电阻的重要性，为今后的优化工作奠定了基础．     

光子晶体光纤的耦合技术

光子晶体光纤与普通单模光纤的低损耗熔接是影响光子晶体光纤实用化的重要技术.针对自行设计的光子晶体光纤,对其与普通单模光纤的熔接损耗机制进行了理论和实验研究.首先分析了影响熔接损耗的主要因素,然后理论计算了光子晶体光纤与普通单模光纤之间的耦合损耗,最后采用常规电弧放电熔接技术对光子晶体光纤与单模光纤的熔接损耗进行了实验研究,通过优化放电参数,使熔接损耗可以降到0.7 dB以下,满足了实际应用的要求.该方法为其他类型的光子晶体光纤与普通单模光纤的熔接提供了借鉴.     

石英晶体板高频振动模态的有限元分析

厚度剪切振动是石英晶体谐振器的工作模态,精确了解厚度剪切振动模态的分布对于谐振器的设计有着十分重要的意义.目前,由直行波假设计算得到的频率和模态并不完全符合石英晶体板实际的精确振动模式,也不能精确满足工程设计的需要.本文基于Mindlin高阶板理论,采用有限元法来分析石英晶体板的高频振动模态,并在Linux并行集群上进行计算来解决大规模的线性方程组的特征值计算问题.通过计算得到了振动频率随长厚比变化的频谱图,其结果与已知文献中的结果比较,符合得较好,验证了有限元结果的可靠性.同时给出了厚度剪切振动在板中线处的位移分布,分析了金属电极的不同质量比对于厚度剪切振动模态的影响,解释了石英晶体板内的复杂的振动模式.本文的分析结果对石英晶体谐振器的设计具有指导意义.     

Preface: Current research progress on mechanics of high speed rail

The construction and operation of high-speed rail（HSR）grid within the past two decades in China,in terms of the scale,may be possibly comparable to any national-wide construction in the history of China,even the Great Wall.By counting railways with commercial train service at the speed of200 km/h,China has the world’s longest HSR network with over 19 369.8 km of track in service today and this number     

ACTA MECHANICA SINICA 2014 ANNUAL SUBJECT INDEX

正~~     

一种基于直接计算高阶奇异积分的断裂力学双边界积分方程分析法

相对于有限元法,边界单元法在求解断裂问题上有着独特的优势,现有的边界单元法中主要有子区域法和双边界积分方程法.采用一种改进的双边界积分方程法求解二维、三维断裂问题的应力强度因子,对非裂纹边界采用传统的位移边界积分方程,只需对裂纹面中的一面采用面力边界积分方程,并以裂纹间断位移为未知量直接用于计算应力强度因子.采用一种高阶奇异积分的直接法计算面力边界积分方程中的超强奇异积分;对于裂纹尖端单元,提供了三种不同形式的间断位移插值函数,采用两点公式计算应力强度因子.给出了多个具体的算例,与现存的精确解或参考解对比,可得到高精度的计算结果.      

汶川地震诱发文家沟巨型滑坡 碎屑流基本特征及成因机制初步分析

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2008年5月12日,汶川M80地震在四川省绵竹市清平乡文家沟内诱发一巨型滑坡。通过现场调查得知,滑坡前后缘高差455m,厚度20～30m,滑面为基岩层面,初始方量2750×107m3。滑体在运动中转化为碎屑流。滑坡-碎屑流总的水平运动距离为4022m,垂直运动距离为1443m,遗留的堆积物体积达5×107m3。滑坡距映秀—北川断裂仅36km,位于其下盘,地震烈度达XI度。滑坡导致文家沟中48人遇害,并形成一条完整的地震次生地质灾害链。初步分析表明滑坡启动速度快,滑坡向碎屑流转化过程明显、地点明确。碎屑流运动过程复杂,伴有强烈的“气垫效应”和“前缘气浪冲击效应”。作者认为,文家沟滑坡的高启动速度是长持时强烈地震动作用的结果,与山体的猛烈碰撞是导致滑体解体并转化为碎屑流的原因。     

Preface: Orbits around asteroid

One of the core issues in modern celestial mechanics is the orbital dynamics in the near-regime gravitational field of as- teroids, which provides deep insights into the mathematical nature of a class of nonlinear systems, and plays as a critical basis for in situ explorations of different science goals. Lots of efforts have been made to reveal the characteristics of orbital motion in the vicinity of asteroids, and to improve the skills of asteroid research in methodology.     

Effet de l'anisotropie élastique cristalline sur la distribution des facteurs de Schmid à la surface des polycristauxInfluence of crystalline elasticity anisotropy on Schmid factor distribution at the free surface of polycrystals

Experimental studies of the plasticity mechanisms of polycrystals are usually based on the Schmid factor distribution supposing crystalline elasticity isotropy. A numerical evaluation of the effect of crystalline elasticity anisotropy on the apparent Schmid factor distribution at the free surface of polycrystals is presented. Cubic elasticity is considered. Order II stresses (averaged on all grains with the same crystallographic orientation) as well as variations between averages computed on grains with the same crystallographic orientation but with different neighbour grains are computed. The Finite Element Method is used. Commonly studied metals presenting an increasing anisotropy degree are considered (aluminium, nickel, austenite, copper). Concerning order II stresses in strongly anisotropic metals, the apparent Schmid factor distribution is drifted towards small Schmid factor values (the maximum Schmid factor is equal to 0.43 instead of 0.5) and the slip activation order between characteristic orientations of the crystallographic standard triangle is modified. The computed square deviations of the stresses averaged on grains with the same crystallographic orientation but with different neighbour grains are a bit higher than the second order ones (inter-orientation scatter). Our numerical evaluations agree quantitatively with several observations and measures of the literature concerning stress and strain distribution in copper and austenite polycrystals submitted to low amplitude loadings. Hopefully, the given apparent Schmid factor distributions could help to better understand the observations of the plasticity mechanisms taking place at the free surface of polycrystals. To cite this article: M. Sauzay, C. R. Mecanique 334 (2006).     

人造地震动合成中的位移误差分析

三角函数级数法是合成人工地震动常用算法之一,但是通过对加速度积分求取位移时,却存在与零线漂移相类似的位移漂移现象。