冲击环境下MEMS器件的弹性限位块设计（英）

采用限位块可以提高MEMS器件的抗冲击性能,但由于冲击环境中MEMS结构与限位块的碰撞过程可能产生较大的瞬间冲击以致器件失效,用弹性限位块可以有效解决上述问题,但是其防护效果会受到限位参数的影响。为了得到限位块最佳设计参数,首先建立了MEMS器件的冲击动力学模型,提取了影响MEMS器件冲击响应的因素,进而分析了限位块弹性系数、限位距对冲击响应的影响;最后提出了限位块的设计方法并给出了最终设计结果。结果表明：设计弹性限位块需要兼顾限位效果和缓冲性能,同时减小限位距也可显著提高微器件抗冲击性能。     

冲击环境下MEMS器件的弹性限位块设计（英文）

采用限位块可以提高MEMS器件的抗冲击性能,但由于冲击环境中MEMS结构与限位块的碰撞过程可能产生较大的瞬间冲击以致器件失效,用弹性限位块可以有效解决上述问题,但是其防护效果会受到限位参数的影响。为了得到限位块最佳设计参数,首先建立了MEMS器件的冲击动力学模型,提取了影响MEMS器件冲击响应的因素,进而分析了限位块弹性系数、限位距对冲击响应的影响;最后提出了限位块的设计方法并给出了最终设计结果。结果表明:设计弹性限位块需要兼顾限位效果和缓冲性能,同时减小限位距也可显著提高微器件抗冲击性能。     

冲击环境下MEMS器件的弹性限位块设计（英文）

采用限位块可以提高MEMS器件的抗冲击性能,但由于冲击环境中MEMS结构与限位块的碰撞过程可能产生较大的瞬间冲击以致器件失效,用弹性限位块可以有效解决上述问题,但是其防护效果会受到限位参数的影响。为了得到限位块最佳设计参数,首先建立了MEMS器件的冲击动力学模型,提取了影响MEMS器件冲击响应的因素,进而分析了限位块弹性系数、限位距对冲击响应的影响;最后提出了限位块的设计方法并给出了最终设计结果。结果表明:设计弹性限位块需要兼顾限位效果和缓冲性能,同时减小限位距也可显著提高微器件抗冲击性能。     

金属蜂窝夹芯结构抗水下冲击性能

为揭示高强度水下爆炸冲击载荷作用下金属夹芯结构的抗冲击性能,在实验室开展小尺寸水下爆炸加载技术对金属蜂窝夹芯结构性能影响的实验研究。基于实验结果,开展了全尺寸数值模拟金属蜂窝夹芯结构在水下冲击载荷作用下的动态响应和抗冲击性能研究。结果表明,数值模拟、实验和理论模型计算的结果具有良好的一致性。由于蜂窝芯材相对密度对夹芯结构能量耗散方式和载荷传递机制的影响,结构动态响应、失效模式以及抗冲击性能随着冲击强度的变化表现出较为明显的不同。通过抗冲击参数分析,建立了反映金属蜂窝夹芯结构抗冲击性能的结构横向变形、固支反力、透射脉冲和塑性能耗随冲击强度和芯材相对密度变化的结构-载荷-性能量化关系。     

基于相位相关与块匹配的纳米精度微器件平面动态测量

为测量MEMS谐振器周期运动过程中各个时刻的运动特性及其动态特性参数,结合微器件的特征,利用光学的方法对MEMS器件进行了运动分析。提出了基于相位相关与块匹配相结合的运动检测技术,并对MEMS器件的运动图像序列做了分析与处理,得到了其动态特性参量,为MEMS器件的设计提供了重要参考。实验结果表明,该方法具有较好的测量精度和测量速度,测量重复性可达到44nm。     

电流变阻尼器的抗冲击性能研究

从理论和试验两个方面研究了所设计的电流变阻尼器在大冲击下的抗冲击性能,分析了电流变液性能与阻尼器结构参数对抗冲击性能的影响。认为采用高性能的电流变液体及改变结构参数,都可以使电流变阻尼器的高速缓冲性能提高。电流变液流速对电流变液的屈服应力影响显著,其值随流速的增加按指数规律减小。从定性、定量两个方面分析了电流变阻尼器作为阻尼器效果不明显的原因为：由电流变效应引起的阻尼力在整个液压阻力所占比例太小,不能通过改变电压来使液压阻力具有很大的调节可控范围。     

一种准分布式光纤光栅漏油传感器

分别对两种结构的传感头组成的分布式光纤Bragg光栅漏油传感器进行实验后得出,具有限位装置的传感头组成的传感系统综合性能好于由另一种结构传感头组成的传感系统。具有限位装置的传感头不仅有较好的漏油检测响应性能,而且能防止相邻信号间的串扰,同时能很好保护光纤光栅不被拉断,更重要的是它受温度干扰较小。     

具有环形限位夹持力的单轴式超声悬浮系统

基于超声悬浮原理,通过改变单轴式超声悬浮系统的反射和发射端的几何形状,利用凸状发射、反射面在悬浮区域周围产生环形声辐射力势阱作为限位夹持力,提高悬浮样品在驻波声场中的悬浮稳定性。基于时域有限差分法,研究不同谐振腔内的声辐射力分布,以及影响声辐射力大小的因素,优化环形限位夹持力和悬浮力。理论及实验研究结果表明,具有环形限位夹持力的超声悬浮系统可以提高普通单轴式超声悬浮装置对悬浮样品的稳定性。     

气体加速度传感器的研制

设计了以气体做敏感质量的气体摆加速度传感器,与传统的固体和液体加速度传感器相比,气体加速度传感器避免了用固体或液体作敏感质量块难以承受强振动、高冲击的缺点。用气体摆原理制作的加速度传感器除了具有抗冲击外还具有响应快、结构简单、价格低廉等优点。     

钢筋混凝土墙抗冲击性能的数值模拟分析

为了研究钢筋混凝土墙在冲击荷载作用下的动态响应,借助ANSYS/LS-DYNA建立钢筋混凝土墙的有限元模型。冲击体质量为2 t,冲击速度为3 m/s,分析了轴压比、墙宽和边缘构件对钢筋混凝土墙抗冲击性能的影响。在此基础上,分析了墙体在极限荷载作用下经历的3个阶段,提出了一种在极限荷载作用下墙体破坏失效的判别准则;利用所提出的判别准则分析了在极限荷载作用下轴压比、墙宽和边缘构件的影响。结果表明:在一定范围内,随着轴压比的增加,墙体抗冲击性能提高,有轴压的墙体损伤区域较为集中;增加墙宽和加入边缘构件均能有效增强墙体的抗冲击性能;在极限荷载作用下,冲击质量一定时,随着轴压比的增加,结构破坏失效所需的冲击能变小。     

Helmholtz腔与弹性振子耦合结构带隙

为提高Helmholtz型声子晶体低频隔声性能,设计了一种Helmholtz腔与弹性振子的耦合结构,通过声压场及固体振型对其带隙产生机理进行了详细分析,建立了相应的弹簧-振子系统等效模型,并采用理论计算和有限元计算两种方法研究了各结构参数对其带隙的影响情况.研究表明,该结构可等效为双自由度系统振动,在低频范围内具有两个带隙;在6 cm的尺寸下,其第一带隙下限可低至24.5 Hz,而同尺寸无弹性振子结构只能达到42.1 Hz,带隙下限降低了40%,较传统Helmholtz结构具有更为优良的低频隔声特性.另外,在框体尺寸一定的情况下,降低结构间距、增大开口空气通道长度及振子质量、增大左侧腔体体积等方式,是增大带隙宽度、提高低频隔声效果的主要手段.     

Anharmonic properties of rocksalt structure solids

An effort has been made for obtaining the anharmonic properties of rocksalt structure solids starting from primary physical parameters viz. nearest-neighbor distance and hardness parameter assuming long- and short-range potentials at elevated temperatures. The elastic energy density for a deformed crystal can be expanded as power series of strains for obtaining coefficients of quadratic, cubic and quartic terms which are known as the second-, third- and fourth-order elastic constants, respectively. When the values of the higher-order elastic constants are known for a crystal, many of the anharmonic properties of the crystal can be treated within the limit of the continuum approximation in a quantitative manner. In this study, higher-order elastic constants are computed up to their melting temperature for rocksalt structure solids, which are alkali cyanides, sodium and potassium halides. The first order pressure derivatives of second- and third-order elastic constants, the second-order pressure derivatives of second-order elastic constants and partial contractions are also evaluated at different temperatures for these substances. The results thus obtained are compared with experimental data and found in well agreement with present values.     

冲击加载下20钢中弹性前驱波衰减与应力松弛行为实验研究

 通过改变样品厚度，对平面冲击加载下20钢的弹性前驱波的波幅衰减和应力松弛进行了实验研究。采用激光速度干涉测速仪（VISAR）实测了样品后自由面速度历史，采样频率达到1 ns，保证了实验结果的准确性。实验结果显示：Hugoniot弹性极限随着传播距离呈指数衰减，在所研究的样品厚度范围内，Hugoniot弹性极限减小了44%；应力松弛行为和弹性前驱波的上升沿时间也依赖于传播距离；冲击加载的强度对材料动态屈服行为的影响很小。     

High strain rate deformation and fracture of the magnesium alloy Ma2-1 under shock wave loading

This paper presents the results of measurements of the dynamic elastic limit and spall strength under shock wave loading of specimens of the magnesium alloy Ma2-1 with a thickness ranging from 0.25 to 10 mm at normal and elevated (to 550°C) temperatures. From the results of measurements of the decay of the elastic precursor of a shock compression wave, it has been found that the plastic strain rate behind the front of the elastic precursor decreases from 2 × 10⁵ s^?1 at a distance of 0.25 mm to 10³ s^?1 at a distance of 10 mm. The plastic strain rate in a shock wave is one order of magnitude higher than that in the elastic precursor at the same value of the shear stress. The spall strength of the alloy decreases as the solidus temperature is approached.     

Modelling of the stiffness of elastic body

It is necessary for designing vibration-isolation systems to know the components’ static stiffness, dynamic stiffness and shock stiffness, which are obtained through experiment at present. If the stiffness model of (viscous) elastic body is set-up, the essence of stiffness will be clearer and the experiment simpler. This paper presents a new method for modelling the stiffness of elastic body with viscoelastic theory. The parameters of the model set-up by using this method can be determined easily and present the characteristics of the elastic body's static stiffness, dynamic stiffness and shock stiffness.     

磁驱动准等熵加载下Z切石英晶体的折射率

基于CQ4脉冲功率实验装置开展了Z-切石英晶体在磁驱动准等熵加载下的窗口折射率修正关系研究. 实验中采用激光波长1550 nm的双源光外差测速仪测量获得了LiF窗口和Z-切石英晶体窗口与不同厚度极板界面的粒子速度. 利用反积分方法由实验测得的LiF窗口与极板界面粒子速度计算得到了极板的加载磁压力历史; 以获得的磁压力为输入条件, 采用LS-DYNA计算软件正向计算得到石英晶体窗口与极板界面的真实粒子速度历史. 由实验获得的Z-切石英晶体窗口/极板界面表观粒子速度和计算得到的真实粒子速度, 获得了Z-切石英晶体弹性极限内的连续的折射率修正关系, 将其折射率修正关系的适用压力范围拓宽至14.55 GPa. 表观粒子速度与真实粒子速度关系采用线性拟合时, 折射率修正关系为n=1.087 (± 0.008)+0.4408ρ/ρ₀, 与冲击数据拟合的结果一致. 由折射率实验数据对Z-切石英晶体的极化率分析认为, 在其弹性极限压力范围内加载路径和温度对折射率的影响可以忽略.     

Elastic constants of nonionic anharmonic crystals

Taking into account the entire anharmonicity of the crystal an exact relation between the long-wavelength limit of the static self-energy and the isothermal elastic constants is established. The result can be reformulated as a sum rule for the displacement correlation function. The diagram technique is also employed to discuss the equation for the elastic constants in the pseudoharmonic approximation as well as to derive the integral equations for the quasiparticle parameters.     

Dissipative processes under the shock compression of glass

New experimental data on the behavior of the K8 and TF1 glasses under shock-wave loading conditions are obtained. It is found that the propagation of shock waves is close to the self-similar one in the maximum compression stress range 4-12 GPa. Deviations from a general deformation diagram, which are related to viscous dissipation, take place when the final state of compression is approached. The parameter region in which failure waves form in glass is found not to be limited to the elastic compression stress range, as was thought earlier. The failure front velocity increases with the shock compression stress. Outside the region covered by a failure wave, the glasses demonstrate a high tensile dynamic strength (6-7 GPa) in the case of elastic compression, and this strength is still very high after transition through the elastic limit in a compression wave.     

高超声速飞行器磁控热防护系统建模分析

针对高超声速飞行器防热, 搭建了螺线管磁控热防护系统的物理模型. 采用低磁雷诺数磁流体数学模型, 分析了外加磁场强度及磁场形态对磁控热防护效果的影响. 对比了三种磁场类型(磁偶极子、螺线管、均布磁场)下磁控热防护效果的差异, 分析了螺线管几何参数对磁控热防护效果的影响. 研究表明, 磁场降低表面热流作用存在“饱和现象”; 三种磁场形态的磁控热防护能力从小到大依次为磁偶极子、螺线管、均布磁场; 相同驻点磁感应强度条件下, 增大螺线管半径有利于提高磁控热防护效果, 缩短螺线管与驻点距离不利于驻点和肩部防热, 螺线管长度对磁控热防护效果影响相对较小.