基于Hamaker假设的黏着接触弹性模型

为研究微纳米系统中的黏着接触问题，基于Hamaker假设和Lennard-Jones势能定律，通过积分方法得到了球体与平面间的黏着力，同时结合经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面黏着接触的弹性模型，该模型可以同时得到平面轮廓随间距的变形过程及黏着力和平面变形量随间距的变化规律，当球体半径较大时，所建模型与基于Derjaguin近似的黏着模型给出的结果基本一致，随着球体半径的逐渐减小，两种模型的差异逐渐增大，这是由于Derjaguin近似的误差随球体半径的减小而增大引起的，因此，当球体的半径趋近纳米级时，基于Hamaker假设的黏着接触模型可以给出更加准确的结果。     

Hamaker微观连续介质理论的数字密度和Hamaker常数分析

针对Hamaker微观连续介质理论在微观接触力计算中存在的问题,根据Hamaker假设,用连续介质法计算2个原子之间的相互作用力,发现作用力同经典的Lennard-Jones势所反映的作用力不一致.通过分析数字密度,发现数字密度并非是如Hamaker所认为的常数,而是随间距变化的;并得到Hamaker微观连续介质理论仅在间距大于7倍的原子半径时才成立的结论.通过分析Hamaker常数,发现Hamaker常数也随间距变化.     

球体-平面黏附模型分析

为确定Bradley黏附模型与Hamaker假设黏附模型之间的关系和差异,运用Hamaker假设和原子间的Lennard-Jones势能推导出了两平面间的相互作用力,通过与平面间的Lennard-Jones势能进行对比分析,得到了原子势参数与平面势参数间的关系式.根据此关系式将Bradley模型转化为由Hamaker常数描述的黏附模型,并根据Hamaker常数的定义式将Bradley模型最终转化为由原子势参数和Hamaker常数描述的黏附模型.理论分析与仿真结果表明,基于Hamaker假设的黏附模型与Bradley黏附模型完全一致,证实了原子势参数与平面势参数间关系式的正确性,为采用连续介质力学方法研究微观离散世界的黏附问题提供了理论基础.     

基于Hamaker假设的黏着接触弹性模型

为研究微纳米系统中的黏着接触问题，基于Hamaker假设和Lennard-Jones的势能定律，通过积分方法得到了球体与平面间的黏着力，同时结合经典弹性理论建立了一种新型的球体与平面黏着接触的弹性模型．该模型可以同时得到平面轮廓随间距的变形过程及黏着力和平面变形量随间距的变化规律，当球体半径较大时，所建模型与基于Derjaguin近似的黏着模型给出的结果基本一致，随着球体半径的逐渐减小，2种模型的差异逐渐增大，这是由于Derjaguin近似的误差随球体半径的减小而增大引起的．因此，当球体的半径趋近纳米级时，基于Hamaker假设的黏着接触模型消除了Derjaguin近似所带来的误差，可以更加准确地给出黏着力和平面变形量随间距的变化规律．     

MEMS微梁粘着动力分析

针对严重影响MEMS性能和可靠性的微梁粘着问题,根据W-S微观连续介质理论,建立了粘着力数学模型;针对粘着力对微梁刚度的强非线性影响,利用单元离散法,通过对粘着力时空变量相分离,对500μm×1μm×0.1μm表面镀金的微悬臂梁粘着进行了动力仿真,发现了“跳跃粘着”现象,从而为微梁的系统研究提供理论基础。     

机动方舱核爆炸冲击波动力响应和安定性分析

本文以核爆炸当量、高度、距离为参数，采用等超压圆给出了普通方舱和防核加固方舱结构在核冲击波下的安全域。研究了限制舱体倾斜的压力条件。本文还以冲击波压力的时间函数为激励，求解了方舱的动力响应。从试验结果推论和计算模拟两方面，分析了方舱承受冲击波的能力。     

AFM稳定性研究

“突跳”现象严重影响着原子力显微镜(AFM)的性能。根据W igner-Seitz模型微观连续介质理论,建立了AFM针尖同试样面接触力包含斥力的数学模型;由分析力学的稳定平衡条件,发现了引起AFM“突跳”的本质是不稳定平衡点的存在;通过增加AFM悬臂梁刚度,提出了一种避免AFM“突跳”现象发生的方法,并给出仿真结果。     

一种快速三轴全方位光电跟踪策略

为了消除两轴光电跟踪系统的跟踪盲区,提出了一种存在冗余自由度的三轴光电跟踪系统.先运用四元数方法,建立三轴光电跟踪系统的运动学模型,然后在此基础上,应用极小范数最小二乘算法,设计出一种快速三轴全方位的光电跟踪策略.该跟踪策略针对方程系数求取Moore-Pen-rose广义逆矩阵,通过对三轴光电跟踪系统的运动方程进行三角变换,得到了三轴角增量组合的极小范数最小二乘解.仿真和实验结果表明,该跟踪策略不需要复杂的寻优过程,即可真正实现三轴联动全方位连续跟踪运动,与其他跟踪策略相比,该跟踪策略在跟踪运动过程中所需的各轴转动角度更小,因此跟踪性能更加优越.     

Broadband energy harvesting via magnetic coupling between two movable magnets

Harvesting energy from ambient mechanical vibrations by the piezoelectric effect has been proposed for powering microelectromechanical systems and replacing batteries that have a finite life span. A conventional piezoelectric energy harvester （PEH） is usually designed as a linear resonator, and suffers from a narrow operating bandwidth. To achieve broadband energy harvesting, in this paper we introduce a concept and describe the realization of a novel nonlinear PEH. The proposed PEH consists of a primary piezoelectric cantilever beam coupled to an auxiliary piezoelectric cantilever beam through two movable magnets. For predicting the nonlinear response from the proposed PEH, lumped parameter models are established for the two beams. Both simulation and experiment reveal that for the primary beam, the introduction of magnetic coupling can expand the operating bandwidth as well as improve the output voltage. For the auxiliary beam, the magnitude of the output voltage is slightly reduced, but additional output is observed at off-resonance frequencies. Therefore, broadband energy harvesting can be obtained from both the primary beam and the auxiliary beam.     

扫描探针针尖与试样间的静电力分析与建模

针对主体为圆锥、尖端为球冠的扫描探针针尖物理模型,提出了针尖与试样之间等效电场分布假设,基于该假设导出了二者之间静电力的解析模型,分析了针尖结构参数与静电力间的关系.模拟计算结果和数值计算结果一致,并与相关的实验结果吻合,证实了电场分布假设的合理性.