细颈倾角对挠性接头力学性能影响分析

为确定某单平衡环挠性接头的最佳细颈倾角,对挠性接头进行了力学性能分析。首先给出了挠性接头的离散动力学模型,然后利用ANSYS仿真分析软件对不同细颈倾角结构的挠性接头进行了抗冲击能力和等刚度的力学性能分析,得出了细颈倾角在30°～60°范围内的冲击响应和等刚度性能。最后结合两种力学性能分析可知:当细颈倾角为44°时,该挠性接头在加速度幅值为40g、脉宽为11ms冲击条件下的轴向最大响应应力为448MPa,径向最大响应应力为584MPa;在该倾角情况下挠性接头由不等刚度造成的g2项误差优于0.06(°)/h。综合两方面的性能指标可最终确定挠性接头的最佳细颈倾角为44°。     

一种惯性测量装置火箭橇试验误差分离方法

惯性测量装置火箭橇试验可以提供大过载环境,为标定加速度计高阶误差项系数提供必要条件。为了利用位置外测信息准确辨识加速度计高阶误差项系数,提出一种针对火箭橇试验的惯性测量装置误差模型参数辨识方法。在给出加速度计高阶误差模型后,该方法通过建立惯性测量装置位置遥测误差和误差模型参数间的线性函数关系构建位置环境函数,之后利用最小二乘法估计出误差系数数值。仿真结果表明,该方法在辨识加速度计高阶误差项参数上具有很高的精度;应用该方法对一次火箭橇试验数据进行误差分离后,通过对解算结果进行显著性分析,证明了辨识出的高阶误差项系数的有效性。     

一种车载筒弹惯导装置不开箱标定方法

随着时间的推移,惯测装置中惯性器件误差参数会发生变化,从而使惯性器件的精度降低,因此必须对惯导装置进行误差补偿。针对筒弹开箱标定工作量大,成本高等问题,本文在车载筒弹状态下,以车的一定机动作为激励方式,设计了一种不开箱标定方法。在分析惯性测量元件误差的基础上,建立了误差输出模型,将理想装置与待测装置的输出量进行比较,利用比较偏差对待测装置进行标定。仿真结果表明,该标定方法能够对误差进行补偿,进而提高惯导系统的导航精度。     

挠性接头细颈尺寸在线测量技术的研究

基于差压式气动测量原理，将气动测量技术、新型传感器技术和电子技术等有机结合在一起，解决了惯性器件中典型关键元件─挠性接头的细颈尺寸的在线停车测量问题。测量分辨率为０．１μｍ，测量精度优于０．５μｍ。     

方位引出装置框架误差分析与修正

炮兵指挥车通过方位引出装置实现对目标方向和位置的测量。采用两环结构的方位引出装置存在着框架误差,影响对目标位置和方位角的测量精度。通过应用方向余弦矩阵法,研究了框架误差的产生机理,推导了框架误差的补偿公式。通过数学分析和仿真,验证了方位引出框架误差补偿的正确性。实验结果证明:该补偿方案能够对方位引出两环结构带来的框架误差进行实时修正,补偿后的精度(PE)≤0.3 mil,满足战技指标要求,实现对目标位置和方位角的准确测量。     

一种中低精度捷联惯测装置的不开箱标定方法研究

针对中低精度捷联惯测装置提出了一种实用的不开箱条件下的标定方法．该方法所需测试设备简单，用一套精度较高的惯测装置来标定低精度的惯测装置。文中给出了一套六位置测试方法，理论分析表明，该方法通过最小二乘法能有效的分离了陀螺和加速度计的各项误差。     

基于数字图像处理技术的惯导航向误差解算技术

船载经纬仪是航天测量船专用光学测量设备,其重要功能就是通过测星校航向,并以此为基准对惯性导航设备进行校准.描述了经纬仪测星原理并分析了其易受天气因素影响的缺点,通过对上述问题的深入研究提出了一种新型的基于数字图像处理技术的测星方法.该方法通过采集经纬仪测星时的视频图像,并根据星体位置解算航向误差,极大程度提高了经纬仪测星能力,弥补其功能上的缺陷.通过对传统测星法、人工判读法和数字判读法的优缺点、误差分析和实际应用效果的比对,对该方法进行了准确的评估,得出了其数据精度高、满足任务需求、有效弥补经纬仪功能缺陷并提高测量船整体测控精度的结论,具有其独特的优势和利用价值,值得在测量船以及其它动态测量单元中普及和推广.     

真空环境下钨材料高温形变的数字相关测量技术研究

钨是目前聚变堆偏滤器及第一壁结构中首选的面向等离子体材料,其服役条件下的力学性能在聚变工程中具有重要参考价值和研究意义。本文采用数字图像相关测量设备在真空高热流综合实验平台上,开发了基于碳化钽的散斑材料及制备工艺,设计和实现了基于外加光源和自身辐射光源的测量光路方案,测量了钨材料试件在25℃至2000℃温度范围的热膨胀变形,所得结果与文献提供的钨材料热膨胀应变结果吻合,误差小于1%,验证了测量技术方案的准确性和可行性,为进一步发展聚变工程材料在高热流冲击工况下的观测技术打下了基础。     

基于激光陀螺自适应补偿的船体变形测量方法

基于长期变形、动态挠曲变形以及陀螺随机零偏的状态方程,构建了激光陀螺测量的惯性姿态匹配最优滤波器,可以实时地估计出船体变形角。针对实时估计的长期变形角具有偏置误差的问题,推导了惯性姿态匹配的误差方程,指出动态挠曲变形角与船体惯性姿态角之间具有长时间的交叉相关耦合作用导致了长期变形角估计具有偏置误差,并提出了对输入到最优滤波器的激光陀螺角增量进行自适应补偿的方法来抑制偏置误差。实验结果表明,补偿后俯仰角、横滚角和艏挠角的偏置误差均方根均小于5″,较补偿前降低均方根误差约为5″,该自适应补偿方法可有效地抑制偏置误差,提高惯性姿态匹配方法在船体变形测量应用中的有效性。     

激光陀螺组合体自主测量船体角变形的最优估计法

根据激光陀螺组合体测量的角增量计算得到的惯性姿态匹配测量方程,结合动态变形模型和静态变形模型,构建了船体角变形测量的最优滤波器,实现了角变形的最优估计。该方法将角变形和激光陀螺的随机漂移误差近似为平稳随机过程并分别构建滤波器,静态变形建模为白噪声驱动的一阶随机游走过程,动态变形建模为二阶马尔可夫平稳随机过程。通过角速度匹配测量方程进行了角变形的观测性分析得知:动态变形的估计精度与激光陀螺的测量精度相当,静态变形的估计精度依赖于船体摇摆频率和幅度,因此最优估计法的误差主要为静态角变形模型的估计误差。仿真结果表明,通过设置合适的静态角变形模型参数,该最优估计法测量角变形的误差小于10"。     

Out-of-Plane CTE Measurement Method for Freestanding Thin Films

An out-of-plane linear coefficient of thermal expansion (CTE) measurement method was developed to overcome the difficulty in measuring the in-plane deformation of freestanding thin films with a thickness of less than 1 μm. The out-of-plane profile measurement was relatively easy with the added advantage of simplicity, easy specimen preparation, and a simple test setup. White light interferometry was used for determining the out-of-plane thermal deformation as a function of temperature. Two types of supporting substrates, silicon and ZERODUR®, were used to account for the substrate effect on the CTE measurement. Attempts were made to fit the measured profiles using several peak functions and then find the optimal one. The test procedures were demonstrated using a freestanding 530-nm-thick aluminum film that was used in a previous in-plane measurement method. The calculated CTE value of this aluminum film was 23.7 ppm/°C, which was in good agreement with the in-plane measurement result. The out-of-plane CTE measurement method incorporating a zero CTE substrate was shown to be the most convenient and straightforward method.     

A film-based wall shear stress sensor for wall-bounded turbulent flows

In wall-bounded turbulent flows, determination of wall shear stress is an important task. The main objective of the present work is to develop a sensor which is capable of measuring surface shear stress over an extended region applicable to wall-bounded turbulent flows. This sensor, as a direct method for measuring wall shear stress, consists of mounting a thin flexible film on the solid surface. The sensor is made of a homogeneous, isotropic, and incompressible material. The geometry and mechanical properties of the film are measured, and particles with the nominal size of 11 μm in diameter are embedded on the film’s surface to act as markers. An optical technique is used to measure the film deformation caused by the flow. The film has typically deflection of less than 2% of the material thickness under maximum loading. The sensor sensitivity can be adjusted by changing the thickness of the layer or the shear modulus of the film’s material. The paper reports the sensor fabrication, static and dynamic calibration procedure, and its application to a fully developed turbulent channel flow at Reynolds numbers in the range of 90,000–130,000 based on the bulk velocity and channel full height. The results are compared to alternative wall shear stress measurement methods.     

纳/微米弹流油膜厚度测量系统

介绍了1种基于多光束干涉强度的弹流油膜厚度测量系统,包括其测量原理和测量系统的设计与组成.针对光弹流接触副,给出了简单易行的干涉级次判定方法.结果表明,该测量系统具有纳米量级的分辨率,可实现由纳米膜厚到微米膜厚的连续测量,适用于超薄弹流油膜厚度和微米级弹流油膜局部微小变化的研究.测量结果与已有的理论和研究结果吻合,证明了测量系统的可靠性.     

基于光纤光栅技术的船体变形修正技术

为进一步优化航天测量船变形测量系统,提出了基于光纤Bragg光栅技术的应变误差测量方法。首先通过对测量船变形系统的结构和光路进行几何分析,建立了应变量与误差角之间的转换模型。然后基于光纤光栅技术设计了测量船变形系统的应变误差测量方案。由应变与误差角的转换公式得到,运用常用的Si425型光纤光栅解调仪,其理论测量精度可达0.01″。     

原子力显微镜形貌测量偏差的机理分析及修正方法

采用原子力显微镜测量样品表面形貌时, 针尖与样品间的相互作用力会使样品表面不同力学性质的区域变形量不同, 从而使得形貌测量结果产生偏差. 首先研究了引起形貌测量偏差的机理, 进一步通过数值计算发现通过引入高频信号与低频信号叠加作为新的形貌测量信号可以近似避免这一类形貌测量偏差. 但是对于普通的矩形截面悬臂梁提取高阶信号是比较困难的, 通过外加弹簧的结构设计来调节悬臂梁各阶本征频率相对值, 使得在实验测量过程中可以较方便地提取悬臂梁振动的高频信号.      

嵌入薄膜传感器悬臂梁三向力测量技术研究

以薄膜传感器悬臂梁作为等效模型,通过传感器的应变效应对三向力测量技术进行了研究。为提高薄膜传感器的应变输出响应,对悬臂梁上布放薄膜传感器的位置加设弹性结构,研究了三向力测力模型输出电压与传感器所在位置应变的关系;分析了受力位置对测力模型输出响应的影响关系,结合实验验证了其工作原理、测力模型应变输出响应与可控尺寸参数的关系。研究表明:该测力模型可实现三向力测量,各个方向最大测量误差均在9%以内,悬臂梁宽度方向x和高度方向z的交叉干涉误差分别为2.84%和3.37%;当悬臂梁自由端受力位置发生变化时,测力模型输出响应只在梁长度方向y上发生变化。     

粗糙薄层弹性体接触刚度分析

薄层弹性体功能结构表面在工程领域有着广泛的应用前景,薄层弹性体的接触特性分析对功能结构表面设计与应用非常重要.采用随机粗糙表面模拟生成技术和有限元分析技术建立了粗糙薄层弹性体表面的接触刚度确定性分析模型,研究了薄层弹性体的接触特性,对基于半数值确定性分析方法的粗糙层-基体层串联模型用于粗糙薄层弹性体接触刚度计算的适用性进行了讨论,进一步分析了粗糙薄层弹性体串联模型接触刚度的误差来源.研究结果表明:当薄层弹性体的基体层厚度小于10倍表面均方根粗糙度时,由传统粗糙层-基体层串联模型分析获得的粗糙薄层弹性体刚度误差将超过15%,误差主要来源于粗糙峰的大变形和基体层的局部变形不均匀的共同作用.     

薄壁弹体高速侵彻钢筋混凝土实验研究

设计了一种优化结构的薄壁高速侵彻弹体,采用YOUNG方程预估弹体高速侵彻钢筋混凝土的侵彻深度,通过建立三维有限元模型分析并计算了薄壁弹体高速侵彻2.4m和2.8m钢筋混凝土靶的能力和结构变形情况。在100mm口径的火炮上,开展了8kg弹体高速侵彻钢筋混凝土靶实验,考核了弹体的结构强度和侵彻能力。结果表明:薄壁弹体高速侵彻钢筋混凝土靶板后结构完整,在1020m/s和1200m/s速度下具备穿透2.4m和2.8m钢筋混凝土靶的能力。     

基于摄像测量原理的船体垂向变形测量半实物仿真实验研究

针对船体垂向变形测量的迫切需求,以及现有方法对于垂向变形适用性差的实际情况,提出了一种利用摄像测量原理实现垂向变形测量的新方法,推导了设备垂向变形角与姿态欧拉角变化量之间的转换关系,在此基础上设计了船体垂向变形测量方案。通过在平台上的CCD像机对与垂向设备基座固连的合作标志的实时观测,解算由于变形引起的合作标志姿态变化量,再利用合作标志与设备基座固连关系计算设备的垂向变形角。在实验室条件下进行了半实物仿真实验,实验结果测量值与参考值变化趋势一致,测量误差均在10″以下,说明该方法在垂向变形测量中正确可行。     

大型结构变形及形貌摄像测量技术研究进展

船体、机翼、工程建筑等大型结构的变形与形貌的精确测量是实验力学的基本任务之一。摄像测量具有测量精度高、范围大、非接触、可动态测量等优点,是结构形貌与运动测量的重要手段。本文介绍了作者及其所在科研团队近年来利用摄像测量技术在大型结构变形、形貌测量等方面的研究成果和典型应用范例,主要包括：提出折线光路像机链摄像测量方法与技术,用于船体等大型结构,不稳定平台的静态基准转换,以及地下工程、边坡等的多点变形长期动态监测;采用多摄像机联合组网,用于机翼、风电叶片等大型结构形貌与变形的高精度测量;在投影轮廓线辅助下进行多部像机组网,用于对大型堆场三维形貌、料堆体积和高程等的高精度测量等。