2013年, 第49卷, 第6期　
刊出日期：2013-03-20

  

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  高速高加速度下的进给系统机电耦合

  卢秉恒;赵万华;张俊;杨晓君;王磊;张会杰;张星

  . 2013, 49(6): 2-11.

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  高速高加速度进给对数控机床提出了更高的要求，也增加了对机电耦合的研究难度。从理论分析和仿真的角度，分别对高速高加速度下，伺服系统、机械系统以及切削力的频率特性以及其时变特性进行分析，探究高速高加速度对进给系统机电耦合的影响。结果表明，随着速度和加速度的增大，机械系统的质量分布会随着位置的不同发生偏移；丝杠螺母副以及轴承副的轴向刚度随着加速度的不同而不同，并且随着加速度的增大，存在刚度突变点；伺服输出力频率特性受电感非线性的影响也发生变化，随着速度的增大；伺服输出力的频率成分增大，频率幅值增大，随着加速度的增大，伺服输出力的频率不变，幅值增大；刀具安装偏置对切削力的影响更加明显，切削力谐波成分增多；各个系统间的相互作用变得更加复杂，机电耦合对运动精度的影响更加凸显。
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  双动人工半膝关节假体的设计及应用

  靳忠民;连芩;王臻;王玲;赵一桐;刘鹏;李涤尘

  . 2013, 49(6): 12-20.

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  建立一种双动人工半膝关节假体的设计方法，用于年轻病人因恶性骨肿瘤造成的股骨远端大段骨缺损的保肢手术治疗。借助于有限元分析与快速成形技术，研究并快速而有效地解决假体结构设计优化、生物力学分析、稳定性评估等技术难点，形成一种以定制化仿生大范围股骨髁部、滑动轴套系统、韧带附丽孔道为特点的附丽型定制化双动半膝关节假体。临床应用证明置换术后假体与周围组织匹配性良好，患者在完成深屈曲运动时可观察到假体的双滑动过程。该假体的研究为单侧膝关节损伤患者，特别是青少年患者术后骨生长的生物学重建及后期关节功能的良好恢复提供了有效的治疗方法。该研究也从功能化设计、性能分析与临床功能评估等方面为人工关节的研制与发展提出新的思路与方法。
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  面向智能轮椅脑机导航的高频组合编码稳态视觉诱发电位技术研究

  徐光华;张锋;王晶;谢俊;李叶平;张四聪

  . 2013, 49(6): 21-29.

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  针对目前基于低频稳态视觉诱发电位的脑-机接口(Steady state visual evoked potential-brain-computer interface, SSVEP-BCI)系统存在目标数目少、刺激时间长、易诱发疲劳和癫痫等不足导致的系统稳定性不高、信息传输率低问题，提出高频组合编码稳态视觉诱发电位(Combination coding-based high-frequency SSVEP, CCH-SSVEP)范式，通过n个稳态高频排列组合实现刺激编码，理论上可呈现nn个刺激目标，解决单频率呈现目标数量受限的问题；同时，针对组合刺激编码产生的变频脑电信号时序特征，提出基于改进的希尔伯特-黄变换(Improved Hilbert-huang transform, IHHT)的变频脑电信号特征提取与局部频谱极值目标识别方法，针对经验模态分解(Empirical mode decomposition, EMD)在变频脑电信号处理应用中的端点和停止准则优用问题，分别对比优选端点切线预测法和固定筛选10次停止准则，提出广义过零点(Generalized zero-crossing, GZC)算法计算瞬时频率，并在应用中通过差异化组合优化选择频率刺激编码，最终提高了目标信号的辨识效率，从而提升CCH-SSVEP的通讯传输速率和可靠性；再利用高频SSVEP(高于25 Hz)的刺激闪烁融合效应，提高使用者的舒适度，降低诱发疲劳和癫痫的可能。将该方法应用于智能轮椅脑-机导航控制中，通过3个基本频率的对比试验(低频传统SSVEP范式呈现3个目标和高频CCH-SSVEP范式呈现6个目标)验证该方法的技术优势，保障了基于高频组合编码稳态视觉诱发电位的智能轮椅导航高效无损功能实现。
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  基于状态信息的航空发动机运行可靠性评估

  孙闯;何正嘉;张周锁;陈雪峰;曹宏瑞;宁喜钰;邹利民

  . 2013, 49(6): 30-37.

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  航空发动机是飞机的“心脏”，其运行可靠性评估对保障飞行安全具有重要意义。受不同运行状况的影响，航空发动机退化程度和失效时间具有较大的离散性。针对单台航空发动机运行可靠性评估难以运用基于大样本统计的传统可靠性方法的问题，提出基于状态信息的航空发动机运行可靠性评估方法。该方法利用核主成分分析建立状态子空间，描述航空发动机状态性能的变化；计算正常状态与当前状态子空间基矢量的主夹角，利用映射函数将主夹角转化为运行可靠度。采用美国国家航空航天局提供的航空发动机全寿命仿真数据和某维修厂现场实测数据对所提出的方法进行验证，结果表明该方法能够合理地评估单台航空发动机的运行可靠性，为小样本条件下航空发动机运行可靠性评估提供有效手段。
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  考虑涡动工况的高速滚动轴承打滑失效分析

  陈渭;李军宁;张立波;王普毅

  . 2013, 49(6): 38-43.

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  打滑蹭伤是高速轻载滚动轴承经常发生的故障。在滚动轴承支承的高速转子系统中，常采用挤压油膜阻尼器(Squeeze film damper, SFD)来降低转子在超过临界转速时所产生的振动和噪声。挤压油膜阻尼器的存在对滚动轴承的打滑蹭伤必会产生影响，需要深入分析其影响机理以保障系统工作的可靠性。SFD通常是利用轴承在SFD结构中涡动来衰减振动。在基于轴承涡动轨迹假设基础上，建立涡动工况下的轴承滚动体运动学及动力学模型，分析不同外载荷、涡动半径、涡动频率等因素对轴承打滑的影响机理，完成挤压油膜阻尼器轴承的打滑失效分析。结果表明，在挤压油膜阻尼器轴承中，涡动的存在会对轴承的打滑产生不利影响；涡动的存在使得轴承的最小膜厚随时间振荡；增大外载荷、减小涡动频率和涡动半径都能改善轴承的运行工况。
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  主轴转子系统动力学解析建模方法

  赵万华;杜超;张俊;刘海涛

  . 2013, 49(6): 44-51.

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  传统上主轴转子系统动力学模型中的结合部接触刚度和阻尼系数常通过试验识别的方法来获取，针时该方法通用性差的特点，提出一种可以考虑刀具-夹套、夹套-刀柄以及刀柄-主轴结合部接触特性的主轴转子系统动力学解析建模方法。通过对各联接部件的受力分析，建立结合面接触刚度与各结合部夹紧力和几何参数间的影响关系；考虑到转子系统的轴向、径向和弯曲变形，采用均布2节点6自由度的弹簧-阻尼单元来建立结合部动力学模型；通过综合系统各部件和结合部的动力学方程参数，建立起主轴转子系统的动力学模型。以刀具-BT40刀柄-主轴为对象，进行模态测试。试验结果表明，结合部刚性处理时，系统的前三阶固有频率与试验值最大误差为21.7%；而结合部柔性处理时，系统前三阶固有频率与试验值最大误差降为4.8%，并且根据模型计算得出的刀尖点频响函数与试验测试能更好地吻合，验证了该建模方法的准确性。
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  基于导波的圆柱结构损伤识别方法

  李富才;苗晓婷;孙学伟;李鸿光;孟光

  . 2013, 49(6): 52-59.

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  为实现基于导波的旋转圆柱结构的无损检测，提出一个圆柱模型和相应的损伤识别方法。当该圆柱模型处于无缺陷和有缺陷状态时，基于动态有限元方法定义并校对所感应的纵波的反射系数和残余系数。仿真结果表明残余系数可以作为一个有效的参数用于损伤识别。这种损伤识别方法在试验中得以验证。利用一个圆形的薄铝板模拟该圆柱模型的径向切片。两个圆形的压电应变片(Piezoelectric transducer，PZT)分别固定在铝板上下表面的圆心位置用于激励和采集导波信号。对比分析铝板在无缺陷(基准)状态下和有缺陷(检测)状态下从导波信号中所提取的第一阶基本模式分量(Intrinsic mode function，IMF)，以校对基础阶对称(S0)模式的残余系数。试验结果和仿真结果的一致性验证了所提出的损伤识别方法的有效性，并且为实现旋转圆柱结构的无损检测奠定基础。
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  振动信号小波leaders多重分形特征提取及性能分析

  李彦明;杜文辽;叶鹏飞;刘成良

  . 2013, 49(6): 60-65.

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  机械振动信号一般具有非线性、非平稳特性, 多重分形特征是表示振动信号几何结构特征的一种重要手段。传统的多重分形特征计算方法计算量大，限制了多重分形特征的应用。小波leaders多重分形分析方法具有坚实的数学基础，且计算简便。针对齿轮正常状态和点蚀故障状态，提出基于小波leaders的多重分形振动信号特征提取及表示方法，提出基于bootstrap技术的最优块长求解算法，并建立振动信号小波leaders多重分形特征的统计性能分析方法。研究结果表明, 小波leaders多重分形特征能够很好反映振动信号的几何结构特征, 基于块bootstrap方法能有效分析多重分形特征统计性能，为机械设备状态监控和故障诊断提供了一种有效的选择。
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  FAST反射面支承索网结构的初始状态求解

  刘钰;高峰

  . 2013, 49(6): 66-73.

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  500 m口径球面射电望远镜(Five-hundred-meter aperture spherical telescope, FAST)是人类探索宇宙的重要工具，FAST反射面的支承索网结构是一种轻量便捷的新型驱动机构，但是柔索只能承受张力，且刚度很小，定位精度低，这使得动态特性建模和分析十分困难。利用变分原理建立FAST反射面的支承索网结构的数学模型，该模型引入了大量非线性方程组，针对求解该非线性方程组提出一种逐层替代法算法，采用该算法能够求解FAST数学模型，进而得到FAST反射面索网结构的初始状态及其索网中各个主索端点处的拉力和索网中各节点的位置。这种算法为FAST索网中各节点在拉索拉力作用下由初始状态调节到张紧状态给定了精确的参考位置；同时也为FAST索网由张紧状态到工作状态的数学模型的非线性方程组提供解的初值。为了验证该算法求解FAST的缩小模型，从计算结果来看采用该方法所求得解的精度远远高于设计要求。
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  摩擦激励下螺旋桨推进轴系弯扭耦合振动研究

  张振果;张志谊;陈锋;华宏星

  . 2013, 49(6): 74-80.

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  螺旋桨推进轴系中水润滑轴承-轴颈摩擦诱导异常振动、噪声是制约舰艇隐身性能的重要因素，研究其成因机制和影响规律对于识别和有效控制异常振动、噪声具有重要价值。为此，从非线性摩擦和轴系整体动力学耦合的角度对螺旋桨推进轴系摩擦诱导振动问题进行分析。采用速度依赖型的Stribeck摩擦模型描述轴承-轴颈的动摩擦特性，考虑非线性摩擦-扭转振动-横向振动的耦合作用，在此基础上利用Hamilton原理和有限元法建立连续轴系的非线性动力学方程。运用Newmark-β法和Newton-Raphson迭代相结合的方式求解并获取系统非线性动力学响应，分析动摩擦特性及弯-扭耦合作用对轴系摩擦诱导振动的影响规律。结果表明，相较于纯扭转系统，弯-扭耦合系统更容易产生摩擦自激振动。除轴承-轴颈摩擦特性外，不稳定的弯曲模态同样为耦合系统摩擦自激振动的重要成因。
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  四足仿生机器人混联腿构型设计及比较

  田兴华;高峰;陈先宝;齐臣坤

  . 2013, 49(6): 81-88.

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  四足仿生机器人一直是机器人领域研究的热点之一。对国内外的研究现状和代表样机进行综述，总结现有四足机器人的腿构型的优缺点。混联腿构型结合了并联机构和串联机构的优点，可在提高机器人载重/自重比的同时，满足快速稳定响应的需求，从而实现高速、低能耗、高承载的运动。提出三种不同的3自由度混联腿机构，由1自由度的四杆机构和2自由度的平面并联机构串联组成。建立3种混联腿的运动学模型。根据四足机器人的行走设计需求，总结三种混联腿机构的特点，并建立其各自的工作空间模型。基于对角小跑的轨迹，分析三种混联结构在空间上的承载能力和各向同性度。通过对比分析选择第三种混联腿作为最优选项，并进一步与经典串联腿进行驱动力矩比较，证实混联腿的优越性。通过样机负重行走试验验证结果的可靠性，为四足混联腿机构机器人的后续研究奠定理论基础。
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  激励幅值及载荷对准零刚度隔振器特性的影响

  刘兴天;黄修长;张志谊;华宏星

  . 2013, 49(6): 89-94.

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  提出具有负刚度特性的欧拉屈曲梁结构并分析其静态特性，将负刚度机构和线性隔振器并联使用，设计准零刚度隔振器。如果隔振器的载荷选用得当，系统将在零刚度点平衡，若载荷发生改变，系统平衡点将偏离零刚度点。考虑载荷的影响，对零刚度隔振器进行动态建模，并采用谐波平衡法求解准零刚度隔振器的响应。定义准零刚度隔振器平衡点不在刚度零点时系统的力传递率，分析激励幅值和载荷对隔振器性能的影响并和线性隔振器的性能进行比较。结果表明，所设计的零刚度隔振器具有低频隔振效果，其响应和隔振性能受到激励幅值和载荷的影响，可以使系统的特性从单纯的渐硬刚度向渐软刚度以及渐软-渐硬刚度混合的特性改变，并显著改变系统的传递性能。
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  圆锥破碎机破碎质量的粒度和粒形数学建模

  马彦军;范秀敏;何其昌;董钢

  . 2013, 49(6): 95-102.

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  为定量分析计算圆锥破碎机的破碎物料质量以支持产品的优化设计，基于层压破碎理论对圆锥破碎机破碎腔进行分层，建立改进的圆锥破碎机破碎过程的操作模型，深入研究破碎产品粒度分布模型和粒形的计算方法，将粒形模型与粒度分布模型相结合来描述层压破碎过程中物料破碎的本质原因。利用岩石力学试验系统对层压破碎过程进行试验，建立以压缩比和粒度分布系数为参数的粒度的选择函数、破碎函数和粒形的选择函数、破碎函数的数学模型。结合PYGB1121型圆锥破碎机实际结构参数及工作参数，对其破碎过程中的物料粒形和粒度的变化进行求解，得到圆锥破碎机的粒度分布曲线和针片率随压缩比和粒度分布系数变化的关系，为圆锥破碎机破碎过程中破碎生产率的动态优化提供理论模型。
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  复杂产品制造精度控制的数字化方法及其发展趋势

  林忠钦;来新民;金隼;王皓;朱利民;陈关龙

  . 2013, 49(6): 103-113.

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  汽车车身、发动机等复杂产品通常要经历数十道乃至上百道加工工序，零件毛坯偏差、机床误差、夹具定位误差以及操作、环境等因素引起的误差在制造过程中传递和累积形成产品综合偏差，并最终影响产品整体性能和市场竞争力。面向工艺设计的线外质量控制，根据产品结构和质量要求，确定制造过程工位布置以及工艺参数；面向工艺过程控制的线内质量控制，则根据制造过程中所出现的尺寸偏差问题，确定尺寸偏差根源并采取相应工艺控制措施，两者相辅相成共同推动制造质量的提升。数字化方法是实现产品制造精度控制的关键。结合汽车车身、发动机制造精度控制的理论研究和工程实践，阐述复杂产品制造精度控制的科学内涵和技术要点。基于描述多工位制造过程偏差产生、传递、累积与湮没的偏差流理论，提出复杂产品制造精度数字化控制的总体框架。从数字化工艺设计和数据驱动的工序控制两方面，总结和归纳面向线外质量控制的产品制造工艺数字化设计方法和面向线内质量控制的复杂产品制造工艺过程控制方法。针对高端装备和高性能产品的制造需求，展望了复杂产品质量控制的发展趋势。
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  基于状态空间模型的精密机床装配精度预测与调整工艺

  洪军;郭俊康;刘志刚;武晓攀

  . 2013, 49(6): 114-121.

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  在精密机械装配过程中，整机装配精度保障不能仅通过零件公差设计，还必须通过测量与调整等装配工艺共同实现，因此需要建立装配过程偏差传递预测与控制的数学模型，定量描述装配调整工艺对最终整机精度的影响。运用微分运动矢量作为各装配工序误差状态的统一表达方式，构建了零件公差模型、几何特征测量结果与装配过程偏差源数学表达的对应关系，提出了描述精密机床装配过程中关键几何特征变动、特征测量、调整的偏差传递状态空间模型。基于该模型，根据当前装配工序偏差与装配调整工艺对整机精度的影响规律预测，确定本道工序装配调整策略，从而保障整机装配精度。最后以精密卧式加工中心为对象进行计算分析，验证了该建模方法的有效性。
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  基于短脉冲激光束干涉的硅表面亚微米结构加工工艺

  姚振强;胡永祥

  . 2013, 49(6): 122-128.

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  激光干涉加工是一种实现周期性微纳米结构制造的高效、低成本加工的新工艺。研究硅表面亚微米结构多激光束干涉加工工艺。分析多光束干涉光强分布的周期性分布特征，多光束干涉光强分布可在微小区域内获得高分辨率的光强分布，有利于高质量的周期性微结构的加工。采用基于二维位相光栅分束方法的四光束干涉试验系统，采用纳秒短脉冲激光束，以单晶硅材料为研究对象，进行多光束干涉试验。试验结果表明，采用四光束干涉，可在硅材料表明加工出周期性亚微米圆点锥状阵列结构，并且周期性规律与光强分布相同；结合短脉冲激光材料去除中熔化、汽化、直接汽化三个临界阈值，分析四光束干涉圆点阵列结构的形成机理；当脉冲数量增加时，圆点阵列高度增大并逐渐饱和，当脉冲数目较多时，在圆点顶部会产生由于表明张力引起熔池流动形成的微小圆粒。
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  增材制造：实现宏微结构一体化制造

  李涤尘;贺健康;田小永;刘亚雄;张安峰;连芩;靳忠民;卢秉恒

  . 2013, 49(6): 129-135.

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  增材制造技术是基于分层制造原理发展而来的先进制造技术，是信息技术、新材料技术与制造技术多学科融合发展的产物，是当今世界各制造强国竞相发展的热点技术。基于增材制造材料逐点累积的成形过程，提出宏微结构一体化制造的学术观点。该方法在金属、陶瓷与复合材料的成形制造中有着其他制造方法难以替代的优势，可以实现制造短流程化，并推动大批量制造模式向个性化制造模式发展。列举近年在金属零件定向晶组织制造、光子晶体制造、生物组织器官支架制造方面的研究成果，论述宏微结构一体化增材制造技术的实现方法与工程应用，解决了传统制造技术难以解决的宏微结构一体化制造难题，给制造技术展示出全新的发展前景，为相关学科和产业发展提供有力的制造技术支撑。
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  基于两阶段蚁群算法的带非等效并行机的作业车间调度

  张洁;张朋;刘国宝

  . 2013, 49(6): 136-144.

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  针对带非等效并行机的作业车间生产调度问题，以制造系统的生产成本、准时交货率等为目标，构建生产调度多目标模型。利用蚁群算法在求解复杂优化问题方面的优越性，建立调度问题与蚁群并行搜索的映射关系，将调度过程分成任务分派和任务排序两个阶段，每个阶段分别设计蚁群优化算法，并将两阶段寻优蚂蚁有机结合，构建一种具有继承关系的两阶段蚁群并行搜索算法，可以大大提高获得较优解的概率，并且压缩求解空间，快速获得较优解。通过均匀试验和统计分析确定算法的关键参数组合，将两阶段蚁群算法应用不同规模的8组算例。结果表明，无论是优化结果还是计算效率，两阶蚁群算法均优于改进的遗传算法。将所提出两阶段蚁群算法应用于实际车间的生产调度，减少了生产过程中工序间等待时间和缩短了产品交付周期。
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  电驱动微纳米模塑技术的成形机理及工艺参数影响研究

  丁玉成;田洪淼;邵金友;李祥明

  . 2013, 49(6): 145-152.

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  电驱动微纳米模塑技术较之常规压印光刻技术具有其独特的优势，其利用电场产生的Maxwell压强替代外部机械压力，实现对聚合物薄膜流变的有效驱动，可以避免压印光刻技术中机械压力引发的结构变形等问题，实现微纳米结构的保真复形。针对电驱动微纳米模塑技术中电场施加方式以及模具几何约束的差异，提出非接触式与接触式两种电驱动模塑成形方法，并采用理论分析、数值仿真以及试验等手段探究电场作用下聚合物的流变成形机理，分析电压、空气间隙和膜厚等工艺参数对复形模塑结构的影响，探讨非接触式与接触式两种电驱动微纳米结构成形方法的异同。研究结果表明，两种电驱动模塑技术都能有效避免常规压印光刻技术的不足之处，在无机械压力条件下实现微纳米结构的模板图案完整复型，但接触式电驱动微纳米模塑方式在图形复制精确性、成形效率和工艺可控性等方面更具优势，是一种具有广阔应用潜力的纳米结构图形化方法。
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  车身覆盖件冲压成形面畸变缺陷形成机理研究

  李淑慧;沈洪庆;倪啸枫;陈关龙

  . 2013, 49(6): 153-159.

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  面畸变是汽车外板冲压成形中一种常见的零件表面缺陷，对整车的外观质量有很大的影响。以车门外板为原型设计车门把手特征件，分别用探针式表面轮廓扫描仪与油石打磨的方法对零件面畸变缺陷进行检测与扫描，从而确定零件面畸变的分布情况。采用有限元仿真的方法对典型面畸变零件的局部变形特点和残余应力分布进行分析，进而对不同面畸变缺陷形成的力学机理分别进行分析。研究结果表明，局部拉弯变形不充分、弯曲与反弯曲效应、平面拉压作用下的局部屈曲共同构成了面畸变缺陷的形成机理。研究结果揭示了面畸变缺陷形成机理的多样性，为解决汽车外板的面畸变问题提供理论依据。
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  基于赋值型误差传递网络的多工序加工质量预测

  江平宇;王岩;王焕发;郑镁

  . 2013, 49(6): 160-170.

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  加工质量实时预测是工件多工序加工质量控制的关键。航空制造领域关键零部件的异形空间大尺寸、材料难加工与小批量加工等特性，导致加工样本数据不足与加工误差监测困难。针对上述问题，提出一种基于赋值型误差传递网络的多工序加工质量预测建模方法。通过将质量特征引入多工序误差传递网络来描述加工过程中节点间的影响关系，形成赋值型的误差传递网络。并以关键质量特征节点为基础，采用基于粒子群算法优化的支持矢量回归机方法，构建单工序质量预测模型。在此基础上，基于赋值型误差传递网络的拓扑结构，合并单工序加工质量预测模型，以构建多工序加工质量预测模型。最后，开发了一个面向多工序加工质量预测的软件平台并以起落架零件的加工为例验证上述模型，结果表明该方法能够有效地预测加工误差，并从多工序的角度为异形零件的加工过程控制提供依据。
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  基于动力学响应的球头刀五轴铣削表面形貌仿真

  梁鑫光;姚振强

  . 2013, 49(6): 171-178.

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  针对自由曲面球头刀五轴铣削中刀具与工件复杂的位姿关系，利用球头铣削刃的三维次摆线轨迹，提出一种在工件表面等距离间隔缓存残留高度、在刀具端等时间间隔缓存振动响应的双缓存离散机制，分别实现五轴铣削中的名义加工表面形貌建模与系统动态响应轨迹仿真。在此基础上，以切削刃经过工件表面残留区域的时间信息为纽带，利用系统瞬时动态位移响应的插值信息对已加工表面法向残留高度进行修正，建立考虑铣削系统动力学响应的已加工表面形貌预测模型。以变切深、变转速、恒定的刀具倾角与每齿进给量所进行的验证试验表明，提出的球头刀五轴铣削表面形貌建模方法可有效预测颤振工况与稳定铣削工况的加工表面形貌与纹理特征。
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  微细辊对平板辊压成形工艺建模与尺度效应分析

  高照阳;彭林法;易培云;来新民

  . 2013, 49(6): 179-186.

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  带有功能性表面微细结构特征的金属构件在诸多领域得到越来越多的应用。当微细特征的尺寸小于1 mm时，成形模具的模腔几何尺寸和材料的晶粒尺寸决定着金属材料的流动行为，微特征的成形质量受到尺度效应的严重影响。传统的工艺设计方法难以有效指导微细成形工艺参数的设计。研究一种高效的金属构件表面微细结构加工方法——微细辊对平板(Roll-to-plate, R2P)辊压成形工艺。针对不同晶粒尺度的铜试样，研究晶粒尺度对材料力学性能的影响规律；构建R2P微细辊压成形工艺仿真模型，分析辊压模腔尺寸、材料晶粒尺寸等工艺参数对微特征成形质量的影响规律；基于自主开发的R2P微细辊压成形原型系统，进行辊压成形试验研究，验证仿真预测模型的有效性。研究结果显示，在模腔几何尺寸中，模槽宽度对材料的流动行为有着显著地影响。而且，不同的晶粒尺寸也显著影响着微特征的形成过程。
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  特种微机电系统压力传感器

  蒋庄德;田边;赵玉龙;赵立波

  . 2013, 49(6): 187-197.

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  通过对微机电系统(Micro-electro-mechanical systems, MEMS)压力传感器设计方法与封装制作工艺问题的研究，针对不同应用环境下对压力传感器的性能、尺寸及封装要求，提出相应的传感器力学结构模型——微压结构、梁膜结构及倒杯结构，通过相应的FEM有限元建模方法对传感器结构进行仿真分析并优化结构尺寸，建立合理的力学结构；进行MEMS工艺设计及封装工艺满足传感器微小尺寸、耐高温冲击响应及高过载能力等要求。其中，针对微压传感器在测量过程中高灵敏度与非线性矛盾问题进行力学分析及仿真，分析不同结构的传感器的力学特性及结构尺寸对传感器输出特性的影响，提出新型梁膜结构微压传感器结构，对新型结构传感器进行MEMS工艺研究；根据空气动力学试验、航空测试及火药爆破试验等对高温压力传感器的动态特性要求，采用倒杯式高频响压力传感器及齐平膜封装方式，提高传感器的动态响应特性，满足10 kHz到1 MHz的频响要求；通过有限元分析耐高温冲击封装结构，采用梁膜封装结构提高了耐高温压力传感器的可靠性。通过压力传感器仿真验证、静态特性试验及动态冲击响应试验验证传感器力学结构建模方法、MEMS工艺设计及封装设计的正确性。
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  孔缝双桥结构高性能压阻式加速度传感器

  赵玉龙;刘岩;孙禄;蒋庄德

  . 2013, 49(6): 198-204.

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  针对装备智能化与监测系统无线化发展对振动传感器的要求，基于微机电系统和应力集中技术，提出并研制一种具有孔缝双桥结构的高灵敏度、高固有频率的压阻式微型加速度传感器。结合理论分析与数值计算方法，分析该结构的特性，通过研究孔缝尺寸对传感器性能的影响确定传感器敏感结构尺寸。传感器芯片采用微细加工工艺制作，并在简单的封装之后进行静态、动态性能测试。试验结果表明，孔缝双桥结构加速度传感器在3 V供电电压下，灵敏度可达到0.424 mV/g，相对传统双桥结构提高了60%以上，而测得的固有频率相对于传统双桥结构仅略有下降，仍在10 kHz以上。孔缝双桥结构加速度计通过引入应力集中孔缝，以较小的固有频率损失，明显提高了传感器的测量灵敏度，具有更为优良的综合性能。
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  电活性聚合物材料及其在驱动器中的应用研究

  陈花玲;王永泉;盛俊杰;常龙飞;王延杰

  . 2013, 49(6): 205-214.

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  介绍电活性聚合物(Electro-active polymer，EAP)材料的基本概念与分类，并以离子聚合物-金属复合材料(Ionic polymer-metal composites，IPMC)和介电弹性材料(Dielectric elastomers，DE)分别作为离子型和电子型EAP材料的典型代表，详细介绍其国内外研究现状。重点介绍本课题组对上述两种材料的制备工艺、基础理论等方面的研究进展及成果。针对IPMC材料，研究了制备工艺对电极沉积的影响及工艺优化、IPMC界面物理模型、铸膜及封装技术、IPMC材料大变形机理及建模；针对DE材料，研究其电致驱动的机电耦合特性及预拉伸、温度及黏弹性对其机电耦合稳定性的影响。简要介绍本课题组在基于EAP材料的微泵、微镜头驱动器以及面向微创手术的多自由度机械臂等方面的应用研究成果。