作者单位
摘要
华中科技大学 电气与电子工程学院,磁约束聚变与等离子体国际合作联合实验室,武汉 430074
基于负离子的中性束注入是未来大型托卡马克装置不可或缺的辅助加热方式。中性束系统中的加速极电源需要输出−200 kV电压和5 MW的功率,还经常面临负载短路和断路的特殊工况。过去对加速极电源的研究中缺少高压部分的方案设计,而电源中高压部件的绝缘设计是电源研制过程中必不可少的关键环节。据电源指标和特殊工况的特点,计算了电源高压部分的隔离升压变压器、高压整流器和高压滤波器的电路参数,并对这些部件基于油浸式绝缘进行了工程设计,通过有限元仿真分析进行了绝缘验证。仿真结果表明,这些部件中的电场强度最高为16.22 kV/mm,小于变压器油击穿场强并具有2倍的绝缘裕度。设计的高压部件结构可以满足电源的绝缘要求。
中性束注入 加速极电源 高电压 有限元仿真 绝缘验证 neutral beam injection acceleration grid power supply high-voltage finite element simulation insulation verification 
强激光与粒子束
2024, 36(2): 025011
作者单位
摘要
天津大学 精密测试技术及仪器国家重点实验室,天津 300072
针对当前压电驱动悬臂梁谐振器存在加工工艺复杂、成本较高的问题,该文提出了一种基于氮化铝支撑层的新型压电驱动悬臂梁层叠结构,它不仅能有效降低加工难度,还能在实现器件小型化的同时保持较高的品质因数。该文通过理论分析研究了固定频率下谐振器品质因数与器件尺寸设计的关系,并对比了不同支撑层材料对谐振器品质因数的影响。通过实验研究了电极尺寸设计对谐振器在真空中性能的影响,从而确定了工作在面外弯曲振动模式的压电驱动氮化铝基悬臂梁谐振器的最优设计。测试结果表明,在电极宽度占比为1,长度占比为2/3时,该谐振器表现出最好的性能,其品质因数为7 786,谐振频率为63.44 kHz,运动阻抗为66.70 kΩ。
微机电系统 氮化铝 悬臂梁微谐振器 有限元仿真 品质因数 运动阻抗 microelectromechanical system aluminum nitride cantilever microresonator finite element simulation quality factor motion impedance 
压电与声光
2023, 45(5): 698
作者单位
摘要
1 厦门理工学院 机械与汽车工程学院,福建 厦门361024
2 精密驱动与传动福建省高校重点实验室(厦门理工学院),福建 厦门361024
3 厦门市智能制造高端装备研究重点实验室,福建 厦门361024
4 集美大学 海洋装备与机械工程学院,福建 厦门361024
针对现有的雾化装置粒径分散较广及难以生成大量微米级与亚微米级液滴等问题,设计并加工了一种基于声表面波的液滴雾化装置。首先,利用COMSOL仿真软件对声表面波器件的结构建模并进行压电仿真分析,模拟声表面波的振动传播,得到其谐振频率为18.269 MHz。其次,基于声-压电耦合多物理场模拟声波在固-液界面的衍射,以及在液体中的传播过程。最后,加工声表面波雾化实验装置并进行液滴雾化实验,通过调整激励信号频率与输入功率实现了液滴的稳定雾化,对雾化后的液滴粒径分布进行测试。实验结果表明,当输入信号幅值为420 mV,谐振频率为19.259 MHz时,该装置生成大量微米级细小液滴,液滴粒径基本呈三峰分布,主要集中在3 μm、30 μm与500 μm。
声表面波 雾化 声流 有限元仿真 高频 微米级 surface acoustic wave atomization sound flow finite element simulation high frequency micron-scal 
压电与声光
2023, 45(5): 667
作者单位
摘要
1 北京理工大学 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京100081北京信息科技大学 传感器北京市重点实验室, 北京100101
2 北京理工大学 精密光电测试仪器及技术北京市重点实验室, 北京100081北京理工大学 长三角研究院, 浙江 嘉兴314001
3 北京信息科技大学 传感器北京市重点实验室, 北京100101
针对高机电耦合系数和曲面换能器的应用需求,该文提出一种由压电陶瓷、环氧树脂和硅橡胶三相复合的改进1-3型压电复合材料,基于Newnhams串、并联分析对复合材料的理论模型进行了推导,并利用Matlab进行了数值计算,分析了改性1-3型复合材料的结构参数对厚度机电耦合系数、等效密度和厚度频率常数的影响。结果表明,陶瓷-环氧复合相的体积分数为0.2~0.5,陶瓷-环氧复合相中的压电陶瓷体积分数为0.6~0.7时,改性1-3型压电复合材料的性能参数较好; 利用ANSYS软件对复合材料进行了有限元仿真,将仿真结果与理论计算进行了对比,二者具有较好的一致性,验证了理论模型评估材料性能的准确性。
改性1-3型压电复合材料 理论模型 有限元仿真 结构参数 性能参数 improved 1-3 piezoelectric composite theoretical model finite element simulation structural parameters performance parameter 
压电与声光
2023, 45(6): 878
作者单位
摘要
1 中航西安飞机工业集团股份有限公司, 西安 710048
2 西安中科微精光子科技股份有限公司, 西安 710048
激光刻型过程中, 保护胶与铝合金因热物理性能参数不同会导致界面裂纹、保护胶脱落等现象。为了解决这些问题, 基于热应力耦合分析法, 建立了2维多层材料有限元模型, 将脉冲激光以高斯热流密度载荷的形式加载在保护胶表面, 通过计算求解得到铝合金基体的应力分布云图以及在热应力作用下保护胶切口形貌随激光加工参数的演变规律,对比分析了激光功率、扫描速率、重复频率等加工参数对温度场、应力场、刻蚀形貌与应力位移的影响。结果表明, 功率60 W、扫描速率10 m/min、重复频率100 kHz时, 对温度场、应力场、刻蚀形貌与应力位移的影响最小。该研究对于激光刻型在化学铣切中的实际应用具有参考价值, 为激光刻型的工艺优化提供了方向。
激光技术 激光刻型 有限元仿真 热应力耦合 铝合金 化学铣切 laser technique laser engraving finite element simulation thermal stress coupling analysis aluminum alloy chemical milling 
激光技术
2023, 47(3): 419
作者单位
摘要
北京信息科技大学 理学院, 北京100192
该文研究了1-3-2压电复合材料的厚度振动谐振频率与尺寸的关系。应用压电学和弹性动力学理论建立了机电等效图, 对1-3-2压电复合材料的厚度振动模态进行了机电理论分析, 并对其谐振频率进行了计算。利用有限元仿真软件分析了在厚度振动模态下, 1-3-2压电复合材料谐振频率、反谐振频率与尺寸变化的关系。结果表明, 纵向尺寸比变大时, 频率曲线呈下降趋势; 横向尺寸比变大时, 频率曲线呈上升趋势; 横纵尺寸比变大时, 频率曲线呈缓慢下降趋势; 基底厚度变大时, 频率曲线呈先减小后增大趋势。4种情况中, 纵向尺寸比对于整体的谐振和反谐振频率影响最显著。
1-3-2压电复合材料 厚度振动 机电等效图 有限元仿真 谐振频率 1-3-2 piezoelectric composites thickness vibration electromechanical equivalent diagram finite element simulation resonant frequency 
压电与声光
2023, 45(3): 419
作者单位
摘要
电子科技大学 电子科学与工程学院, 四川 成都 611731
该文采用有限元法对“铌酸锂/苯并环丁烯(BCB)/聚酰亚胺”结构的柔性声表面波器件进行了研究。结果表明, 铌酸锂厚度为0.06λ~0.8λ(λ为周期)时, 不能激发稳定的瑞利波, 在此区间外可激发瑞利波。随着温度升高, 器件的谐振频率降低, 计算结果表明, 声速随温度变化是谐振频率下降的主要原因, 大于热膨胀引起的谐振频率变化。仿真结果为设计和制备柔性声表面波器件时合理选择压电薄膜厚度及衬底材料力学性能等参数提供了一定的理论依据。
柔性声表面波器件 铌酸锂/苯并环丁烯(BCB)/聚酰亚胺 有限元仿真 温度 flexible surface acoustic wave device lithium niobate /benzocyclobutene(BCB)/ polyimide finite element simulation temperature 
压电与声光
2023, 45(2): 169
作者单位
摘要
1 西安交通大学 机械工程学院 机械制造系统工程国家重点实验室,陕西西安70049
2 新拓三维技术(深圳)有限公司 创新实验室,广东深圳518060
3 中国航发四川燃气涡轮研究院 强度传动试验研究室,四川绵阳621000
为了解决航空发动机机匣性能试验中双目DIC变形测量偏差难以全场、精确量化的问题,提出了一种系统、全面的DIC测量数据与有限元仿真数据之间的映射方法。首先,采用FPFH特征和ICP算法精确配准两类点云数据,完成了数据坐标系的精确对齐;然后使用遗传算法优化的拟合神经网络调整有限元节点位置,从而消除两类数据间节点位置不一致的问题,完成仿真网格向DIC网格的高精度映射;最后,使用逐点最小二乘应变估计算法统一了有限元仿真和DIC测量的应变计算模式,得到与DIC属性一致的有限元比对数据,从而实现被测面全场变形的偏差估计。机匣刚度实验中肋板处的变形比对结果显示,网格节点的映射精度优于1×10-6 mm,仿真变形和DIC变形的偏差云图与偏差曲线具有良好的一致性,且能够显示DIC测量偏差存在的具体位置,在未来航空发动机机匣及类匣体的研制和测试领域具有良好的应用前景。
数字图像相关 变形偏差 有限元仿真 点云配准 网格映射 digital image correlation deviation of deformation finite element simulation point cloud registration grid mapping 
光学 精密工程
2023, 31(20): 2930
李永伟 1,2郭晋秦 1,2,*乔俊福 1,2李峰 1,2[ ... ]闫莎莎 1,2
作者单位
摘要
1 太原工业学院 自动化系
2 太原工业学院 智能检测与控制工程(技术)研究中心, 太原 030008
研究了一种具有高灵敏度、小尺寸的四端梁结构的压阻式加速度计。利用有限元软件对不同悬臂梁、质量块尺寸的结构建立模型,并对该结构进行了灵敏度与应力分析、模态分析,以及动态响应分析。仿真研究结果表明,在50kg量程内,传感器轴向灵敏度达到7.40μV/g,横向灵敏度为0.33%,线性度为0.06%,响应时间为20.3μs,固有频率为111.2kHz。抗冲击性能能达到334000g,可以满足高g值环境下的测试需求,同时该研究为研制高性能传感器提供了一种准确且高效的仿真方法。
压阻 高g值加速度计 有限元仿真 piezoresistive high g accelerometers finite element simulation 
半导体光电
2023, 44(5): 690
许缉熙 1,2王欣 1唐景平 1陈伟 1,*[ ... ]胡丽丽 1
作者单位
摘要
1 中国科学院上海光学精密机械研究所强激光材料重点实验室,上海 201800
2 中国科学院大学,北京 100049
钕玻璃激光放大片在热恢复后的剩余温度场对于光束退偏和波前畸变具有重要的影响。当冷却过程中出现不对称情形,将导致剩余温度场的不对称,从而影响到高功率激光光束发次之间的重复性。本文在对N41型钕玻璃四周包边侧弱冷和强冷所导致的剩余温度场分布特征进行模拟分析的基础上,重点研究了包边侧不对称冷却所导致的剩余温度场的变化。这种变化的程度与钕玻璃四周包边侧冷却的强弱有关,并进一步分析了由弱冷转为强冷时钕玻璃激光放大片的通光面和四周包边界面上各自的散热量。
材料 钕玻璃主放大片 有限元模拟 剩余温度场 不对称冷却 光束稳定性 
激光与光电子学进展
2023, 60(21): 2116001

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