关键词： Pyrotechnics   Chemical kinetics   Non-linear regression   Variable activation energy  

摘要： This study reports an experimental investigation into the chemical kinetics of several commercial pyrotechnic compositions. Differential Scanning Calorimetry (DSC) was utilized to elucidate the thermo-kinetic characteristics of four multicomponent pyrotechnic compositions. The combustion process of typical pyrotechnics is primarily driven by condensed phase reactions including processes such as phase change, decomposition, and oxidation. The multicomponent nature of practical pyrotechnics results in a particularly complex interaction between the components when heated. A thermo-kinetic study was performed to simulate the heating experienced by the pyrotechnics before the combustion zone. The physical processes occurring within these temperature limits provide important insight into the overall combustion rate. The non-isothermal DSC experimental technique combined with isoconversional methods, such as Friedman and Starink methods were utilized to evaluate the apparent chemical kinetics parameters for these propellants. The observations from the DSC study and isoconversional kinetic analysis provided an insight into the phenomenology of the combustion process of pyrotechnics. The problem of highly variable activation energy due to the presence of multiple reactions was addressed through a mechanistic deconvolution using nonlinear regression technique. The study confirmed the prominence of oxidizer decomposition on overall combustion reaction kinetics. (C) 2018 The Combustion Institute. Published by Elsevier Inc. All rights reserved.

关键词： Chemical engineering   Nanotechnology   Materials science  

摘要： The first part of this study explored the effect of conditioning downforce during pad break-in, and its impact on the evolution of pad surface micro-texture. Results showed that the pad-wafer contact area and contact density decreased with conditioning downforce. Break-in at the higher conditioning downforce helped in reaching faster stabilized values of the analyzed micro-texture parameters. The evolution of these parameters was different for the two different downforces, however as break-in time increased past 30 minutes, mean summit height and mean summit curvature began to approach approximately the same value. These results indicated that, for the particular disc used in this study, a change in the magnitude of downforce during pad break-in caused a change in break-in time and stable values for some micro-texture parameters. However, a change in the magnitude of downforce during break-in only resulted in a change in break-in time for other micro-texture parameters. In the second part of this study, the impact of conditioner types and downforces during pad break-in, and the resulting effects on the evolution of pad surface micro-texture was investigated. All experimental cases resulted in similar trends of mean summit height. More importantly, each case resulted in a different evolution of summit height distribution. Comparing the two discs used, one was observed to be more sensitive to changes in downforce compared to the other. The differences in the behavior of the two discs was explained by the differences in cutting mechanics, which was due to the different characteristics of the two discs. Both discs generated large amounts of pad fragments, which were shown to cause pore obscuration on the pad surface. In 4 out of 5 cases, the pad surface micro-texture stabilized within 30 minutes of break-in and all cases stabilized within 60 minutes. As the third part of this study, the effect of conditioner type and downforce on blanket SiO2 wafer polishing performance

关键词： 末端位姿误差   关节转角误差   连杆弹性误差   医用机械臂  

摘要： 医用机械臂在放疗过程中用来承载肿瘤患者,以等中心点为目标对肿瘤治疗靶区进行放疗前的摆位和放疗过程中的位姿调整。受放疗条件的限制,机械臂的连杆为了能达到较大的负重比,选用轻质材料,关节选用结构紧凑的RV减速器,但与此同时增加的整机柔性,引起机械臂动态误差从而降低整机运动精度,严重时还会造成机械臂不能精准执行放疗任务。本文基于误差独立作用原理,以医用机械臂为研究对象,得到由关节运动变量引起的末端床板位姿误差(沿x、y、z的转动与绕其的移动)与由连杆弹性变形引起的末端床板位姿误差的综合误差结果。首先,在考虑关节柔性情况下,分析减速器传动间隙、关节摩擦、关节刚度系数对关节转角误差的影响。以关节刚度系数变量对转角误差值的影响为对象,建立刚柔耦合(刚性连杆-柔性关节)四连杆动力学方程,用线性弹簧替代柔性关节,将减速器的刚度系数等效为关节刚度系数。其次,在位姿误差研究中,将医用机械臂的误差源归为各连杆的弹性变形和关节柔性运动产生的转角误差。把医用机械臂末端执行器的位姿误差分为关节刚度和连杆弹性变形产生的位姿误差加以分析,进而推导末端执行器的位姿误差模型。借助ADAMS软件仿真并验证不同关节刚度系数下产生的位姿误差值,同时分析肩、肘、腕部翻转、腕部偏转四个关节在不同关节刚度系数下关节转角误差值,得知肩关节与肘关节对应转角误差对末端执行器位姿误差影响较大。量化肩关节刚度系数与末端执行器在x方向的位姿误差,验证末端执行器位姿误差与关节刚度系数存在的函数关系。最后,分析连杆弹性变形与末端床板的位姿误差之间的关系,将连杆弹性变形等效于刚性连杆的名义运动与弹性位移的叠加,并推导连杆弹性刚度系数与末端执行器位姿误差的数理模型,综合关节柔性与连杆弹性产生的位姿误差具体表达式。

关键词： 空间机械臂   间隙关节   三维碰撞力模型   位姿角   ADAMS仿真  

摘要： 随着航天技术的高速发展,探索外太空的活动不断深入。人类已在太空中建立空间站用于服务人类以及更好探索外太空。空间机械臂作为空间站在轨服务中重要组成部分之一,具有精度高、质量轻、耗能少等特点。空间机械臂由多个臂杆组成,并通过运动副相互连接。由于需要保证臂杆在微重力环境下能够进行正常的相对运动,考虑到制造、装配误差以及摩擦磨损等原因,运动副关节处的间隙是不可避免的。间隙的存在使得机构的运动存在不确定性,间隙关节处发生的构件碰撞可能会引起机构振动,影响系统运动轨迹与定位精度,严重时可能会导致系统瘫痪。本文在间隙关节处建立三维碰撞力模型,对含间隙关节的空间机械臂进行了动力学分析。首先,为了更加准确地描述间隙关节内的碰撞过程,基于间隙关节二维碰撞力模型,考虑三维径向碰撞和轴向碰撞因素,建立含间隙关节的空间机械臂动力学方程。使用Fortran语言编写了间隙碰撞力计算程序,并在ADAMS软件中调用所计算的碰撞力进行仿真分析,采用此方法可较为方便地研究多个间隙关节对系统的影响。其次,基于开发的仿真模块,使用曲柄滑块模型验证仅考虑二维碰撞模型时仿真结果的正确性。分析仅考虑二维间隙关节碰撞模型时,间隙位置对空间机械臂系统的位姿、末端运动、碰撞力等参数的影响,并分析了双间隙关节耦合作用下,间隙大小对机械臂动力学性能的影响。最后,考虑三维碰撞力,分析不同间隙位置对空间机械臂动力学的影响;分析含双间隙关节机械臂系统的动力学响应,分析三维径向间隙对含双间隙关节空间机械臂动力学特性的影响;考虑关节的轴向间隙,分析轴向和径向间隙对空间机械臂动力学特性影响。通过对间隙关节的三维碰撞力的建模和仿真分析可以看出,三维间隙对空间机械臂的动力学性能、卫星姿态等均有显著的影响。在对机械臂进行建模时应当考虑运动副的三维间隙,从而获得较为准确的计算结果,保证机械臂的运动精度和稳定性。

关键词： Engineering   Packaging   Materials science  

摘要： Silver (Ag) wire bonds alloyed with Palladium (Pd) and Gold (Au) are evaluated to determine their role in microelectronics packaging. Although Ag alloys improve thermoelectrical properties, compared to Au and Copper (Cu) wire bonds, intermetallic compounds (IMC) formed between Ag alloy and Aluminum-Copper (Al-Cu) pad need to be assessed to ensure reliable bonding. Ag has lower oxidation tendency than Cu, an alternative wire bond material to Au being evaluated in industry. Ag wire hardness is comparable to Au making it suitable for applications where structures may be too fragile to support Cu wire. Bonded microstructure evolution including formation of IMCs and voids over time and temperature for two wire compositions, specifically (wt.%), 95.5-Ag, 4.5-Pd (Ag-Pd) and 88.0-Ag, 8.5-Au, 3.5-Pd (Ag-Au-Pd), on Al (0.5-Cu) bond pads was investigated in high temperature storage (HTS). Ag-Au-Pd wire exhibited more resistance to brittle IMC formation (Ag,X)2Al and (Ag,X)3Al (where X is Pd or Pd/Au), resulting in greater mechanical stability in bonding than Ag-Pd wire. Since both Au and Pd atoms are completely soluble in Ag lattice, integration into above Ag-containing IMC species can slow intermetallic phase formation at bond interface, enhancing mechanical reliability. IMC growth kinetics were modeled using temporal evolution of IMC thickness and Al pad consumption during thermal aging. The rate controlling step appeared to be lattice diffusion of the faster Ag atom (n ≈ 0.5, Q ≈ 29.8 kJ/mol and 93.5 kJ/mol, respectively) for primary (Ag,X)2Al and secondary (Ag,X)3Al phase IMC in Ag-Pd wire, as well as for primary (Ag,Au,Pd)2Al with Q ≈ 62.9 kJ/mol. Conversely, grain boundary diffusion (n ≈ 0.33, Q ≈ 56.2 kJ/mol) was observed for secondary (Ag,X)3Al phase IMC in Ag-Au-Pd wire for temperature range 150˚C – 200˚C. In addition to slower IMC growth kinetics, addition of Au resulted in change in diffusion mechanism through grain boundaries in secondary IMC formation. Furthermore

关键词： 机械形变   螺旋波   漂移   破裂   B(?)r模型  

摘要： 自然界中,螺旋波斑图广泛存在,与人们的生活密切相关。然而在某些方面,螺旋波对人们的健康是有害的。研究表明心颤是由于螺旋波破裂引起的。本文从心肌组织的实际情况出发,采用反应扩散系统中的B(?)r模型,研究了有相差的机械形变对螺旋波动力学行为的影响。在第一章中,我们介绍了相关背景概念以及如何对微扰进行线性稳定性分析,并描述了反应扩散系统中常见的两类分岔。在第二章中,我们介绍了螺旋波的形成与传播,详细讨论了螺旋波的一些基本性质。介绍了螺旋波的漫游、失稳等动力学现象以及研究螺旋波常用的模型和控制螺旋波的常用方法。在第三章中,我们研究了有相差的机械形变对螺旋波漂移的影响。模拟研究表明:随着形变的波长的增加,螺旋波的漂移速度也在增加,且螺旋波漂移方向的改变与其旋转方向相同。在第四章中,我们研究了有相差的机械形变对螺旋波破裂的影响。螺旋波破裂的原因是振幅的增加导致系统中螺旋波产生大于临界曲率Kc的KT。模拟研究表明,当λ/λ0的比值小于4.0时,Ac的值显着增加。这是由于螺旋波发生了褶皱现象。产生的原因是具有正曲率的凸起部分被具有负曲率的波的凹陷部分拖动,只有在较大振幅下螺旋波才会破裂。当形变的频率在1.5倍螺旋波频率的左右时,AC的值最小。在第五章中,我们对论文做了总结与展望。

关键词： 交变冲击机械   加速度检测   小波去噪   模极大值   加速度积分  

摘要： 本文在讨论总结国内外交变冲击机械动力特性检测方法的现状、趋势和不足的基础上,设计并实现了适用于室内试验和工况试验的交变冲击机械动力特性检测系统,并验证该检测系统的可行性,为实现交变冲击机械的结构改进作技术准备。本文提出通过对加速度检测装置采集的冲击活塞加速度信号去噪和积分得到冲击速度和冲击位移,再利用这些运动参数计算冲击参数的测试方法。论文首先根据交变冲击机械的结构与工作特点和冲击加速度检测的要求,完成了加速度检测装置的硬件设计,并基于嵌入式实时操作系统和文件管理系统实现加速度检测装置的数据采集控制、数据存储、数据处理与传输等主要功能软件;然后用LabVIEW开发了上位机软件,实现了加速度检测装置在线参数设置,并在上位机软件集成了本文的去噪算法和积分算法,以便离线处理和分析加速度信号。为去除加速度信号中的脉冲、尖峰和电路噪声,本文提出一种基于自适应阈值的小波模极大值去噪算法:首先结合SURE阈值估计和软阈值收缩函数对信号的小波模极大值序列作预处理,再作模极大值搜索获得新模极大值序列,然后对新模极大值序列使用分段三次埃尔米特插值算法重构小波系数,最后对小波分解系数逆变换得到去噪后的信号。数值仿真和实验表明:改进后的算法不仅能有效去除微机电传感器输出的冲击活塞加速度信号中的噪声,而且去噪效果和运算效率都得到提升,对信号细节保留较为完整。加速度信号中存在的直流分量和低频随机漂移会造成加速度积分误差。本文通过时域高通滤波去除直流分量和低频随机漂移以消除其引起的积分误差,并利用最小二乘拟合多项式法修正由于初速度或初位移不为零引起的积分趋势项误差,最终积分得到精度较高的速度和位移;不仅通过数值仿真分析采样频率和采样数据长度对时域数值积分精度的影响,还搭建交变冲击机械的AMESim数值仿真模型得到冲击活塞加速度,并对其积分得到速度和位移以验证本文积分算法的有效性。数值仿真和试验结果表明:基于高通滤波器的时域积分方法不仅有直接使用多项式拟合消除趋势项的时域积分方法计算简单的优点,而且能消除低频漂移的影响,最终积分结果误差小。最后通过试验验证了本文提出的交变冲击机械动力性能检测系统的有效性和可行性。

关键词： 智能机械手   机器人   解放劳动力  

摘要： 近来,波士顿动力公司生产的机器人atlas因其敏捷地穿越障碍物,进行大幅度跳跃动作从而引起了大量的关注.大家对于机器人的运用,尤其是目前技术比较成熟的机械手的运用开展了广泛的讨论.本文旨在探讨智能机械手对解放劳动力的促进作用.本文首先概述了机械手的构成原理,然后阐述了智能机械手在制造、建筑、运输、医疗等领域的运用,最后分析了智能机械手可以代替人从事重复劳动、从事危险作业、从事高精度任务三个方面的工作,从而解放人类劳动力.

关键词： 机械弹性车轮   刚柔耦合   动力学   滞后角   模态分析   滚动阻力   振动  

摘要： 机械弹性车轮是一种非充气安全轮胎,具有防刺破、防漏气和防弹损的功能。这些功能使其能够应用于复杂恶劣的行驶环境。刚柔耦合动力学是多刚体系统动力学和柔性多体系统动力学的进一步发展和补充,在机械弹性车轮建模中刚柔耦合仿真模型更加符合实际情况,对于提高仿真结果的准确性有重要作用。本文对机械弹性车轮的运动特性进行研究,阐述了輮轮、铰链组和轮毂三部分的工作特性和相互关系,同时也对机械弹性车轮的振动特性和滚动阻力特性进行了研究。主要研究内容包括:1.阐述机械弹性车轮的结构组成、工作原理和性能特点,基于理论力学理论和弹塑性力学理论建立机械弹性车轮动力学模型;所建机械弹性车轮静态力学模型包括完整状况和有铰链组受损的状况;滚动力学模型包括驱动轮力学模型、从动轮力学模型和制动轮力学模型;并且建立机械弹性车轮滚动阻力模型,分析了影响滚动阻力大小的各种因素。2.根据机械弹性车轮的结构和工作原理对机械弹性车轮仿真模型进行合理的简化,首先建立机械弹性车轮多刚体仿真模型;根据有限元方法对輮轮添加材料属性和划分网格,进行模态分析获取輮轮固有振型数据;基于輮轮模态分析结果将刚体輮轮进行柔性化处理,建立轮毂和铰链组为刚体輮轮为柔性体的机械弹性车轮刚柔耦合仿真模型。3.基于机械弹性车轮刚柔耦合仿真模型,通过改变输入来研究机械弹性车轮的运动特性;研究了转动滞后角与车轮接地切向力、车轮速度的对应关系,研究了輮轮和铰链组的受力特性,研究了机械弹性车轮滚动特性与普通实心安全轮胎的对比情况;在机械弹性车轮仿真模型接地处建立垂向输入通道,在轮毂中心处建立垂向输出通道,振动仿真后得到机械弹性车轮垂向振动响应,研究了机械弹性车轮垂向振动特性,研究了輮轮对振动特性的影响;分析机械弹性车轮滚动阻力的计算方法,通过装车试验对机械弹性车轮滚动阻力大小及其影响因素进行研究。