人工肌肉作动器的参数优化设计

由于电活性聚合物材料在电场作用下所表现出的许多独特的力电性能,如大应变、响应快、高能量转换率等特点,使得这种高分子智能材料引起了广泛关注,已被加工成作动器、传感器及俘能器等能量转换器,有望在工程领域发挥巨大作用.论文针对美国人工肌肉公司(Artificial Muscle Inc.)开发的一款电活性聚合物介电薄膜作动器的优化设计开展研究,主要研究了在外加力电载荷作用下,当薄膜发生面外轴对称大变形时,不同初始预拉伸即设计参数对薄膜厚度、拉伸变形、应力及薄膜中电场强度等的影响效应.该薄膜作动器有三个设计参数,结果表明,通过优化设计参数,在设计参数的某一组合下,薄膜的厚度、薄膜中的电场分布将趋于均匀,而薄膜的拉伸变形、应力并未呈现类似的均匀性.本文所提供的研究方法,可为此类作动器的优化设计提供基本的分析模式.     

铜合金微塑性成形力学性能及其本构关系

对不同晶粒大小、不同特征尺寸的H62黄铜箔进行微拉伸实验,分析试样晶粒大小和特征尺寸对材料变形行为的影响.随着晶粒尺寸的减小,试样拉伸屈服应力逐渐增大,晶粒尺寸对屈服应力的影响满足Hall-Petch细晶强化关系;屈服强度随厚度的减小先减弱而后增强,随宽度的减小而增强;晶体塑性理论、表面层模型可以解释延伸率、抗拉强度随比表面积的增大而减小的现象.在实验数据的基础上通过修正双线性模型建立H62黄铜箔微塑性成形本构模型.     

拉扭耦合作用下柱形纤维与基底的界面黏附性能研究

受壁虎刚毛可逆黏附性能的启发,本文建立了单根弹性圆柱纤维与刚性基底黏附接触的理论和数值模型,同时考虑了拉伸和扭转载荷的耦合作用及纤维半径对界面黏附性能的影响.研究发现耦合载荷作用下柱形纤维同样存在一个临界半径,当纤维半径小于该临界尺寸时,界面应力达到均匀的理论强度分布,接触边界应力集中消失,出现缺陷不敏感现象;当纤维半径大于该临界尺寸时,界面以裂纹扩展而失效.在耦合载荷作用下纤维的临界半径小于纯拉伸而大于纯扭转时的临界尺寸,且该临界半径随着施加扭转载荷的增大而减小.表明在纯拉伸载荷下使界面黏附强度达到最优的柱形纤维,在拉伸和扭转载荷耦合作用下,由于界面失效形式的转变使界面易发生脱黏,并且界面脱黏时的拉脱力随着扭转载荷的增大而减小,理论和数值结果一致.本文结果进一步应用揭示了壁虎可以通过调控施加在其最小黏附单元上的载荷形式实现纯拉伸载荷下强黏附及耦合载荷下易脱黏的力学机制.     

基于平台圆环试样的无机玻璃动态拉伸性能研究

无机玻璃的拉伸强度往往远小于压缩强度,服役过程中玻璃大多会发生拉伸断裂.论文采用平台圆环(flattened circular ring, FCR)试样测试钠钙硅酸盐玻璃的拉伸性能.分别利用电子万能试验机和电磁分离式Hopkinson压杆(electromagnetic split Hopkinson pressure bar, ESHPB)开展准静态、动态单轴单向和单轴双向实验,加载过程中采用高速相机对试样的破坏过程进行观测.结果显示,该材料试样强度具有明显的正加载速率相关性.动态单轴双向加载可比单向加载更快实现应力平衡,但两种应力波加载方式下试样的动态拉伸强度大致相同.高速摄像与动态加载同步分析表明,这是因为试样的裂纹产生时刻与应力峰值时刻几乎同时产生.对三种形式的拉伸实验结果进行对比,发现拉伸强度受试样形状影响,这与试样断裂路径上的拉伸应力分布有关.     

混凝土动态劈裂拉伸试验的数值模拟

采用LS-DYNA有限元编码程序，对混凝土的动态劈裂拉伸试验进行了数值模拟，给出了混凝土试样在不同类型加载情况下应力分布之间的差异，证实了动态劈裂拉伸试验的有效性，提出了改进试验方法的若干结论．     

管件无模拉伸成形力能参数数学模型研究

对不锈钢管件无模拉伸变形速度场及力能参数进行了理论及实验研究.分析了不锈钢管件无模拉伸的变形模型、速度场以及力能参数的影响因素及影响规律,采用上限法确定了不锈钢管件无模拉伸速度场及力能参数物理模型,填补了国内外关于不锈钢管件无模拉伸变形及力能参数物理模型研究的空白.为不锈钢管件无模拉伸工艺工业化应用奠定基础.     

混凝土靶球形腔膨胀侵彻模型应用

Bishop等人于1945年开始用解析方法研究侵彻机理，导出了柱形腔和球形腔的准静态v膨胀方程，后来这种方法被称为空腔膨胀理论。目前，空腔膨胀理论已经在多种不同材料靶的侵彻研究中获得较为普遍的应用。Forrestal等人于1997年提出了一个适用于混凝土材料靶的球对称空腔膨胀侵彻模型，模型对靶结构的描述是将其压力与体积应变的关系理想化为不可压或线性可压，而将剪切强度与压力的关系理想化为由一拉伸阈值表示的Mohr-Coulomb准则。     

压力对聚苯胺导电性的影响

 导电高聚物聚苯胺薄膜经过定向拉伸后，其有序度、电导及跃迁势垒都发生了很大变化。本文研究了准静水压力对定向拉伸前后，聚苯胺薄膜电学性质的影响。发现未定向拉伸的聚苯胺薄膜的电导随压力单调增加，跃迁势垒T₀随压力单调减少，而定向拉伸后的聚苯胺薄膜则在0.47 GPa出现电导的极大值，在0.35~0.71 GPa之间出现T₀的极小值，这个异常行为与聚乙炔、聚噻吩等导电高聚物均不相同。     

Compact and high-energy diode-side-pumped Q-switched Nd:YAG slab laser system for space application

We develop a compact and high-energy Nd：YAG slab laser system consisting of an oscillator and an amplifier for space applications. The oscillator is a diode-side-pumped electro-optically Q-switched slab laser with a cross-Porro resonator. The KD＊P Pockels cell with a low driving voltage of 950 V is used to polarization output coupling. The amplifier is a Nd：YAG zigzag slab pumped at bounces. The maximum output pulse energy of 341 m3 with 13 ns pulse duration is obtained from the system at the repetition rate of 20 Hz and the beam quality factors are M2=3.1 and M2=3.5. The beam pointing stabilities of the laser system are 3.05μrad in the X-direction and 3.99 grad in the Y-direction, respectively.     

周视监控全景镜头设计

利用ZEMAX光学软件设计了一种可用于周视监控的全景镜头,镜头由凹凸反射镜组和中继镜组组成,反射镜组使镜头获得大视场角,中继镜组将反射镜组所成的虚像投影到探测器上。该镜头有效焦距为0.97 mm,F数为1.5,垂直方向视场为65~95,水平方向视场为360,镜头工作在475 nm~750 nm波段,总长为69.7 mm。设计结果表明:系统全视场f 型畸变小于5 %,调制传递函数（MTF）值在空间频率为60 lp/mm时大于0.58,系统成像质量良好,可满足周视监控的使用要求。